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• Raúl Fonseca

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Instituto Politécnico Nacional

Escuela Nacional de Ciencias Biológicas

Laboratorio de Fisicoquímica I Practica 7 Capacidad Calorífica

Docente: Mares Gutiérrez Juan Carlos Integrantes: Chávez Pérez Karen Yessenia Escamilla Colín Julieta Fonseca Rosales José Raúl 2IV2 Equipo 4

Introducción Introducción la termodinámica es el estudio científico de la conversión del calor y otras formas de energía, donde establece que “la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear ni destruir”. Expresado de otra manera, esta ley indica que la energía total del universo es constante. Este concepto es clave para explicar las capacidades caloríficas, examinando el uso de la capacidad calorífica en la calorimetría, esto es, la medición de cambios térmicos en procesos químicos y físicos. Todo esto afecta de manera directa a la expansión de los gases a los cuales va dirigida esta práctica y donde profundizaremos a continuación. Calor específico y capacidad calorífica El calor específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La capacidad calorífica (c) de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de determinada cantidad de la sustancia. El calor específico es una propiedad intensiva, en tanto que la capacidad calorífica es una propiedad extensiva. La relación entre capacidad calorífica y calor específico de una sustancia es : C=ms

donde m es la masa de la sustancia en gramos.Por ejemplo, el calor específico del agua es de 4.184 J/g °C, y la capacidad calorífica es de 60.0g de agua es (60.0g)(4.184J/g °C)=251J/ °C Cuando conocemos el calor específico y la cantidad de una sustancia , entonces el cambio en la temperatura indicará la cantidad de calor (q) que se ha absorbido o liberado en un proceso en una partícula.

Aunque la expansión de un gas ideal no tiene mucha importancia nos permite analizar los cambios en las cantidades termodinámicas, del cual analizaremos dos casos especiales: expansión isotérmica y expansión adiabática. Expansión isotérmica Un proceso isotérmico es aquel en el cual la temperatura se mantiene constante, al no variar la temperatura, el cambio de energía es igual a 0. Esto es consecuencia de que las moléculas de un gas ideal ni se atraen ni se repelen entre sí. En consecuencia, su energía total es independiente de la distancia entre ellas, y por consiguiente del volumen. Por lo tanto, en una expansión isotérmica, el calor que absorbe el gas es igual al trabajo que efectúa el gas ideal sobre sus alrededores. Expansión Adiabática En un proceso adiabático no se produce intercambio de calor con el exterior (Q=0). En una expansión adiabática donde hay un aumento del volumen del gas, sabemos que el trabajo realizado

por el gas hace que la energía interna neta de las moléculas se pierda, esto explica porque su temperatura es menor, por lo contrario si tenemos una compresión adiabática, tenemos un volumen menor, ya que se ha realizado un trabajo de compresión sobre el gas y por lo tanto el incremento de energía interna será positivo. Desarrollo experimental. Al bombear aire dentro del recipiente obtenemos una diferencia de presiones y esto se puede apreciar por una diferencia en el manómetro de 10 a 20 cm aproximadamente inmediatamente se cierra la válvula y se deja que el sistema alcance el equilibrio, con los alrededores, esta altura se registra. Posteriormente se abre rápidamente la válvula de alivio y se cierra inmediatamente, se podrá apreciar después de unos segundos como el nivel baja y al alcanzar el equilibrio nuevamente se registrará la lectura. Lo anterior nos permite demostrar la existencia de un proceso adiabático el cual nos indica que se absorbe calor de los alrededores para compensar el trabajo que efectúa el gas. Resultados Donde el valor de C es el capacidad calorífica o capacidad calorífica específica de un gas, los p y v se refieren a las condiciones de presión constante y de volumen constante respectivamente.

ℎ

= ℎ−ℎ𝑖 Teniendo que h es nuestra altura inicial, hi es la altura final por lo que tenemos que:

ℎ 𝛾= ℎ − ℎ𝑖 Tenemos que al tomar las el coeficiente adiabático nos da los siguientes resultados:

Calculo de coeficiente adiabático Altura Inicial 11.6 11 7.5 17 13.7 13.5 22 16.4 9.2 (h) Altura 1.8 1.8 1.3 2.5 1 1 2.3 2 1.3 Final(hi) Coeficiente 1.18 1.19 1.2 1.17 1.07 1.08 1.11 1.13 1.16 adiabático(γ) Obteniendo un promedio de los datos recolectados tenemos que: Promedio de h Promedio de hi Coeficiente adiabático (γ)

15.24 1.8 1.13

Cuestionario 1.-Dibuje un esquema simplificado del aparato utilizado señalando sus partes componentes:

2.-Físicamente ¿Cómo determina que el sistema ha alcanzado el equilibrio con los alrededores? R= Físicamente lo podemos notar cuando en el manómetro de agua observamos que ya no se mueven ningunas de las dos película del agua y podemos decir que ya están en equilibrio. 3.- ¿Qué tipo de proceso ocurre al abrir la válvula de alivio? Fundamente su respuesta. R= Ocurre un proceso adiabático es decir que no se produce intercambio de calor con el exterior (Q=0), o si se produce es depreciable, cercano a cero. En una expansión adiabática donde hay un aumento del volumen del gas, este absorbe el calor del mismo sistema para realizar el trabajo al liberar la presión por lo tanto tenemos una disminución de la temperatura en el sistema. 4.-Explique porque la presión aumenta cuando al cerrar la válvula de alivio deja usted que el sistema obtenga un equilibrio R= Esto se debe a que al disminuir la temperatura del sistema las moléculas se ven ligeramente comprimidas y después de unos minutos al igualar la temperatura del ambiente el gas se expande ligeramente y por lo tanto el volumen disminuye y la presión aumenta.

∙5.-

¿Cómo relaciona las lecturas obtenidas en el manómetro con la

presión real del sistema? R= Las lecturas son dependientes de la presión y lo pudimos comprobar en esta práctica, ya que al suministrarle aire a nuestro sistema se aumenta la presión interna de este, obteniendo una lectura y al liberarla esta disminuye dándonos como resultado un lectura final. 6.-En base a sus datos experimentales calcule las capacidades caloríficas a presión y volumen constantes y compare sus resultados con los informados en la bibliografía. 7.-explique las diferencias encontradas en el inciso anterior ¿como sugiere que se podría evitar? 8.- Con los resultados experimentales obtenidos calcule el valor de (γ) para cada uno de los gases utilizados .compártelos con los informes de la Bibliografía formato apa