LABORATORIO DE FISICA II TERMODINAMICA

DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DEL ETILENGLICOL POR EL METODO DEL CALENTAMIENTO.

AUTOR: AUGUSTO VELAZCO SILVA JOSE CARLOS ROMERO DIAZ

GRUPO: L6

INTRODUCCION TEORICA
La medida del flujo de calor Q que acompaa a todo cambio qumico es posible experimentalmente mediante la medicin de variaciones de temperatura T. Por supuesto, tales mediciones de T han de realizarse de modo controlado. Esto se consigue slo si la reaccin transcurre en condiciones de presin y/o volumen constante en un recipiente adiabtico que idealmente no permita el flujo de calor a los alrededores. Los procedimientos experimentales que permiten determinar un flujo de calor constituyen la Calorimetra, denominndose calormetro a cualquier aparato que mida Q. Para poder comprender y disear cualquier experimento calorimtrico, es necesario conocer bien el significado de capacidad calorfica de una sustancia. Una aproximacin termodinmica rigurosa nos dice que la capacidad calorfica a presin constante Cp relaciona los cambios de entalpa y temperatura:

Cp= [

]P

Por otro lado, una aproximacin emprica nos define Cp como el flujo de calor Q necesario para elevar la temperatura de un objeto o de una sustancia pura un 1 K (o 1 C). Para substancias puras, es mucho mas practico expresar su capacidad calorifica por mol, o bien por unidad de masa. En particular, la capacidad calorifica por gramo de sustancia se denomina calor especifico C. Para incrementos de temperatura moderados 10-100 K, la capacidad calorifica o calor especifico son aproximadamente constantes con T. En estas condiciones, podemos emplear la expresion que relaciona el flujo de calor Q con el calor especifico Cp de un sistema de masa m, y el cambio de temperatura T:

Q = m .Cp.T
Ademas, por ser el calorimetro un sistema adiabatico y por la conservacion de la energia el calor producido no puede escapar hacia los alrededores y se traduce en un aumento de temperatura en el interior del calorimetro, es decir, tanto el calorimetro como el agua destilada absorben el calor suministrado por el trabajo que realiza nuestra fuente de alimentacion para calentar la resistencia de calefaccion. Es decir: Q (calorimetro) + Q (agua) = W(potencia) . dt De aqui es sencillo llegar a la siguiente relacion: Wdt=mCpdT+CdT, integrando obtenemos la relacion lineal de la Temperatura y el tiempo: T(t)=(W/mCp+C)t+T Donde T es un aconstante de integracion que representa la temperatura en el instante t=0. Para nuestro caso experimentalmente se pueden obtener los pares {(t,T)} se puede ajustar a una recta y de dicha pendiente obtener C o Cp.

MATERIALES
Los suministrados en la guia: Calorimetro(Vaso de Dewar) con iman teflonado, agitador magnetico, resistencia de calefaccion, fuente de alimentacion, vatimetro digital, agua destilada, etilenglicol, software CENT.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Seguimos rigurosamente las indicaciones la guia del laboratorio, sin embargo podemos enumerar rapidamemnte las pautas seguidas: 1 Llenamos el calorimetro + iman con 750 cc de agua destilada y procedimos a pesarla. 2 Colocamos el calorimetro en un agitador magnetico. 3 Introducimos la resistencia de calefaccion conjuntamente con el termometro, lo conectamos a la potencia de calefaccion. 4 Procedimos a medir la temperatura y el tiempo cuya salida se grababa gracias al software CENT en un archivo, en pares (T,t) hasta que la temperatura del liquido ascienda 15 C arriba de la temperatura inicial y se grabasen los datos cada 30 seg. 5 Al finalizar este procedimiento con el agua destilada procedimos a vaciarla y a esperar bajar la temperatura de tal manera que podamos repetir el proceso bajo las misma condiciones pero ahora con el etilenglicol, grabamos dichos pares (T,t) para el etilenglicol. 6 Estos datos lo importamos al ORIGIN y este lo ajusto a una recta en una grafica cuya pendiente en el primer proceso nos permitio calcular la capacidad calorifica del calorimetro y en el segundo procedimiento la calor especifico del etilenglicol.

RESULTADOS Y CUESTIONES
4.1 Cmo se define el calor especfico de una sustancia? Y la capacidad calorfica? Ambas son magnitudes termodinmicas que estn ntimamente relacionadas. El calor especfico de una sustancia se define como la cantidad de energa en forma de calor que necesita suministrarse a la unidad de masa de dicha sustancia para que aumente su temperatura en un grado. (Celsius, Kelvin). Sin embargo, la capacidad calorfica de una sustancia es la energa en forma de calor necesaria que se debe transferir a una sustancia para que esta aumente en un grado su temperatura. Es en cierta parte una medida de la inercia trmica, es decir, la resistencia que ofrece un cuerpo a cambiar su temperatura. La diferencia entre ambas magnitudes radica en que el calor especfico (o capacidad calorfica especfica) es una magnitud intensiva (no depende de de la cantidad de materia o de su volumen) mientras que la capacidad calorfica es una magnitud extensiva (si depende de la cantidad de materia).

La relacin analtica entre ambas es: Cp = C=

4.2. Tabule los valores {T,t} para el agua y el etilenglicol, indicando potencias y masas utilizadas. Los valores tabulados se encuentran en el Anexo II al final del informe. La masa de lquido utilizado la calculamos, como indica en el guin, mediante la diferencia entre el Vaso Dewar+iman y el Vaso Dewar+imn+agua. Sin embargo, en el laboratorio la masa de agua la medimos mediante la diferencia entre un vaso de precipitados+ iman y el vaso de precipitados+imn+agua. En el caso de la masa del etilenglicol si seguimos el mtodo del guin. La masa de agua y de etilenglicol que introducimos fueron las siguientes: M agua=0.7498 Kg M Glicol= 0,750 Kg

Sin embargo, a pesar de que esperamos a que la potencia del aparato se equilibrara, haba una cierta fluctuacin y por ese motivo anotamos cada variacin de la potencia suministrada siempre y cuando se mantuviera ms de 5 segundos. Para la potencia suministrada al agua medimos las siguientes potencias: P1=42,5 W P6=41,5 W P2=42,0 W P7=41,0 W P3=41,5 W P8=40,5 W P4=42,5 W P5= 42,0 W

Y por tanto, la potencia media ser: PAGUA=41,6875 W Para el etilenglicol medimos las siguientes potencias: P1= 42 W P2= 41,0 W P3= 41,5 W P4=40,5 W

Y por tanto, la potencia media ser: PGLICOL= 41,25 W

4.3 Represente grficamente las rectas {T,t} tanto para el agua como para el etilenglicol. Ver Anexo I Grafica 1 y 2.

4.4 A partir de la recta del agua, determine la capacidad calorfica del calormetro y su equivalente en agua, con los correspondientes errores. A partir de la ecuacin obtenida en la introduccin: T(t)= t + T0

Como ya sabemos que la pendiente vale m=0,00832, podemos calcular el valor de la capacidad calorfica del calormetro a partir del calor especfico de un lquido conocido, el agua en este caso. Cp (Agua a 25C)= 4180 J/KKg Cp(Agua a 30 C)= 4178 J/KKg

Cp(Agua a 35 C) = 4178 J/KKg Cp(Agua a 40 C)= 4179 J/KKg Utilizaremos un valor medio de estos cuatro valores: (Agua)= 4178,78 J/KKg = 0,00832 C= - mcp = - 0,74984178,78= 1876,43 J/K

CCALORIMETRO= 1876,43 J/K El error del calor especfico del agua es 0 ya que suponemos constante el valor de dicho calor.

Sin embargo, el error de la capacidad calorfica del calormetro es: = (

= (

= 418,051

De esta manera expresamos finalmente la capacidad calorfica del calormetro como: C= (1,88 C= (1,9 0,42) x 103 J/K 0,4) x 103 J/K

El error relativo de esta medida es del 22,5% por lo que no resulta una medida poco precisa y, al final, nos encontraremos con un mayor error acumulado. 4.5 A partir del ajuste de la recta del etilenglicol, determine su calor especfico y su correspondiente error usando el valor de C del punto anterior. Al igual que en el apartado anterior: = 0,01341 cp (etilenglicol)= cp =

cp= 1602, 54 J/KKg A partir de la pendiente, calculamos el error del calor especfico del etilenglicol:

= ( = ( = (

) ) )

) ( (

) ) ( ) ) ( )

= 773,37874 Representando finalmente el calor especfico del etilenglicol como: Cp(etilenglicol) = (1,6 0,8) x 10 J/KKg
3

4.6 Compare el valor obtenido para la cp del etilenglicol con el que aparece en el libro de tablas del laboratorio. Determine la desviacin relativa. Es significativa dicha diferencia? Siendo el CP el etilenglicol tabulado a 25C igual a 2.41 x 10 J/kg C La desviacion relativa viene dada:

rel=

) (

( )

] x 100 = 0.41 %

Por tanto existe una desviacion aceptable.

DISCUSION Al considera el calor especfico del agua constante, cometemos un error debido a que variara durante todo el proceso, es decir, de 25 C hasta los 45C. Tampoco hemos considerado la potencia de la fuente de alimentacion , que es fluctuante y que introduce errores de calculo. Otro punto a considerar es que el calorimetro no es adiabatico en absoluto lo cual incluira errores de calculo. CONCLUSIONES 1 El valor del Cp del etilenglicol se ajusta lo suficiente al valor tabulado. 2 Errores debido a la consideracion de la masa del liquido y su calor especifico como constantes y no se considera la evaporacion de los mismos. 3El valor tabulado y el que hemos obtenido nos indica que hemos cometido errores de medicion o de calculo aceptables. 4 Si observamos ambas grficas est claro que el agua tarda ms tiempo en alcanzar la misma temperatura que el etilenglicol, por lo que podemos afirmar, gracias a la definicin, que el calor especfico de dicho alcohol debe ser menor que el del agua, ya que a una misma energa suministrada (potencia de la resistencia) el agua necesita ms tiempo para alcanzar dicha temperatura.

ANEXOS Anexo I: grficas 1 y 2.

Anexo I Grafica 1

Grafica 2

Anexo II: Tablas 1 y 2.

Tabla 1 Tabla de valores {T,t} del agua

Tiempo Temperatura S C 30 25,3 60 25,5 90 25,7 120 26,1 151 26,3 180 26,6 210 26,8 240 27,2 270 27,4 300 27,6 330 28 361 28,3 390 28,5 420 28,7 450 29,1 480 29,3 510 29,5 540 29,7 571 30,1 600 30,4 630 30,6 661 30,8 690 31,2 720 31,4 750 31,6 781 31,8 810 32,2 840 32,4 870 32,6 900 33 930 33,2

Error tiempo S 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05

Error temperatura C 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05

Tiempo S 960 991 1020 1050 1080 1110 1140 1170 1201 1230 1260 1290 1321 1350 1380 1411 1440 1470 1500 1530 1560 1590 1621 1650 1680 1710 1741 1770 1800 1831 1860 1890

Error Error Temperatura tiempo temperatura C S C 33,4 1,00E-05 1,00E-05 33,6 1,00E-05 1,00E-05 34 1,00E-05 1,00E-05 34,2 1,00E-05 1,00E-05 34,4 1,00E-05 1,00E-05 34,6 1,00E-05 1,00E-05 34,8 1,00E-05 1,00E-05 35,2 1,00E-05 1,00E-05 35,4 1,00E-05 1,00E-05 35,5 1,00E-05 1,00E-05 35,8 1,00E-05 1,00E-05 36,2 1,00E-05 1,00E-05 36,4 1,00E-05 1,00E-05 36,5 1,00E-05 1,00E-05 36,7 1,00E-05 1,00E-05 37,1 1,00E-05 1,00E-05 37,3 1,00E-05 1,00E-05 37,5 1,00E-05 1,00E-05 37,6 1,00E-05 1,00E-05 38 1,00E-05 1,00E-05 38,2 1,00E-05 1,00E-05 38,4 1,00E-05 1,00E-05 38,6 1,00E-05 1,00E-05 38,8 1,00E-05 1,00E-05 39,2 1,00E-05 1,00E-05 39,4 1,00E-05 1,00E-05 39,6 1,00E-05 1,00E-05 39,7 1,00E-05 1,00E-05 40,1 1,00E-05 1,00E-05 40,3 1,00E-05 1,00E-05 40,5 1,00E-05 1,00E-05 40,7 1,00E-05 1,00E-05

Tabla 2

Tabla de valores {T,t} del etilenglicol Error Tiempo s 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 Error Temperatura C 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 Error Tiempo s 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 Error Temperatura C 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05 1,00E-05

Tiempo s 30 61 90 120 151 180 210 240 271 300 330 361 390 420 450 481 510 540 571

Temperatura C 26,4 26,7 27,2 27,6 28,1 28,4 28,8 29,3 29,7 30,2 30,5 31,1 31,4 31,7 32,3 32,6 33,1 33,4 33,8

Tiempo s 600 630 660 691 720 750 781 810 840 870 901 930 960 990 1020 1050 1080 1111 1140 1170

Temperatura C 34,3 34,6 35,1 35,4 35,7 36,3 36,6 37,1 37,4 37,7 38,2 38,5 39,1 39,4 39,7 40,2 40,5 40,8 41,2 41,6