Determinacion De La Constante Del Calorimetro 5i3n4n

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DETERMINACION DE LA CONSTANTE DEL CALORIMETRO 1.- OBJETIVO:  Establecer la constante del calorímetro que nos permitirá establecer las pérdidas de calor en particular de este sistema adiabático para futuras pruebas experimentales. 2.-FUNDAMENTO TEORICO:  La técnica calorimétrica es una de las más empleadas dentro de la termodinámica como una herramienta de utilidad para realizar la caracterización de los sistemas que generan o absorben energía térmica. El recipiente donde se realizan las experiencias en las que se producen variaciones de calor se llama calorímetro. Se trata de un recipiente que contiene el líquido en el que se va a estudiar la variación del calor y cuyas paredes y tapa deben aislarlo al máximo del exterior. Debido a la diversidad de sistemas y a la manera como se generan los efectos térmicos, se presentan diversidad de equipos calorimétricos, y es prácticamente imposible tener un único tipo de calorímetro que sea útil para realizar todas las determinaciones. De acuerdo a la forma como se realiza la medida y al tipo de aislamiento que posea el calorímetro, estos pueden clasificarse como: Calorímetros adiabáticos: Son calorímetros de conducción de calor, que a su vez se clasifican como macro y micro calorímetros, donde normalmente los micro calorímetros hacen referencia al tamaño de la celda y a la sensibilidad en la determinación de la cantidad de calor del mismo. Calorímetros isotérmicos: Son os que corresponden al tipo de calorímetro que será utilizado en este trabajo, presentan un intercambio grande de calor que se producen en el vaso de precipitación con los alrededores dentro del calorímetro que está aislado por una pared adiabática. Un termo de paredes dobles con vacío entre ellas es en principio un calorímetro aceptable para el rigor de este tipo de experiencias. El termo se llama vaso Dewar y lleva el nombre del físico y químico escoses James Dewar pionero en el estudio de las bajas temperaturas. Tiene una tapa aislante y perforada para introducir un termómetro y un agitador. El calorímetro posee una resistencia térmica pequeña entre el sistema interno y los alrededores (medio) y además la capacidad calorífica de los alrededores es infinitamente grande. Si se tiene en cuenta dichos requisitos, en condiciones estrictamente isotérmicas Tc

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Universidad Autónoma Juan Misael Saracho (temperatura dentro del calorímetro) y Ta (temperatura de los alrededores) pueden permanecer constantes en el tiempo y en el espacio, pero entonces no se presenta flujo de calor. En los casos reales, se presenta un flujo de calor entre el calorímetro y los alrededores, flujo que se detecta por medio de los sensores térmicos (termómetros). Este flujo se debe a que generalmente existe una pequeña diferencia de temperatura entre Ta y Tc durante la ocurrencia del proceso observado; la magnitud de esta diferencia de temperatura depende de la cantidad de calor liberada por unidad de tiempo, de las conductividades térmicas y forma del sistema (vaso de precipitación) y del tipo de aislamiento que posean. La conducción de calor en cuerpos solidos permite medir cuantitativamente el intercambio de calor entre los alrededores y la celda de medida. Un registro en el tiempo de la diferencia de temperatura local suministra un medio para la medida del flujo de calor, si se conoce este 𝑑𝑄

factor de calibración especifico que relaciona el flujo de calor ( 𝑑𝑡 ), con la diferencia de temperatura, se estaría estableciendo lo que se conoce como constante del calorímetro (K) cuyo valor es reciproco al de la resistencia. Cuando el valor de K es pequeño, el calor total fluye en un pequeño intervalo de tiempo, a través de la resistencia que ofrece la pared, hacia los alrededores. DETERMINACION DE LA CONSTANTE DEL CALORIMETRO

La constante del calorímetro se puede obtener mediante dos métodos: Por disipación: Colocando dentro del sistema un medio que posea una cierta cantidad de energía que suministra a la celda (sistema vaso de precipitación agua a una cierta temperatura mayor a la temperatura ambiente), de este modo, K, del calorímetro se calcula. La otra forma de determinar la constante, es crear un estado estacionario de temperatura en el sistema a temperatura ligeramente menor a la temperatura ambiente para generar un flujo inverso de calor desde el medio hacia el sistema, para luego calcular la constante, K de absorción de calor por el sistema. La relación entre estas dos magnitudes generadas en estado estacionario de disipación y absorción de calor. La ecuación que calcula el calor absorbido y liberado a presión constante es: Q = m∆T

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Universidad Autónoma Juan Misael Saracho 3.- MATERIALES Y REACTIVOS:

TERMOMETRO

CALORIMETRO

ESPATULA

VIDRIO DE RELOJ

VASO DE PRECIPITACION DE 200ml

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EBUDO PARA POLVOS

Universidad Autónoma Juan Misael Saracho 4.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Al empezar la práctica número cuatro del laboratorio de fisicoquímica, se nos fue asignado un calorímetro por grupo, el cual teníamos que hacer una marca para identificar y así usar el mismo calorímetro durante las prácticas siguientes. Se nos indicó colocar 100gr de agua (la cual fue pesada para evitar errores) en el vaso de precipitación y medimos la temperatura en el ambiente que estábamos trabajando para fines de cálculo. Medimos hasta una temperatura de 56.2˚C y procurando que no pase los 60˚C porque si no el tiempo de enfriamiento será muy largo. Luego colocamos de manera rápida peo cuidadosamente el vaso con el agua caliente dentro del calorímetro, donde tenemos un termómetro el cual nos registra la disminución de temperatura (o lo que también nos indica que el sistema pierde calor) con intervalos de un minuto. Esta medida nos permitirá plasmar la curva de calibración de enfriamiento, registramos los valores hasta que la temperatura del agua alcance la temperatura del medio o sea. la mitad de su temperatura inicial de 56.2˚C. Una vez terminada a esta que llamaremos primera fase, y ya cuando el sistema haya alcanzado el equilibrio con ayuda de un embudo para polvos se añade 5 gramos de sal (KCl) para que esta provoque una reacción endotérmica o sea la sal absorberá el calor. Luego se mezcla la disolución con ayuda de una varilla y controlamos la temperatura con un intervalo de 10s debido a su rápido descenso, esta sería la segunda fase. Y en la tercera fase, es cuando el sistema alcanza un flujo constante de perdida de calor, a partir de ese momento medimos la disminución de temperatura por intervalos de un minuto, valores que nos permitirán construir la curva de calibración de enfriamiento, la temperatura debe ser medida continuamente hasta que el sistema alcance un estado de régimen dinámico de perdida de calor después del o con la sal.

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Universidad Autónoma Juan Misael Saracho 6.- ANALISIS DE DATOS Y CALCULO DE RESULTADOS: Todos los datos determinados durante la práctica se usaran para construir un gráfico. A la que llamamos primera fase representa la curva de calibración de enfriamiento, la cual muestra como el sistema pierde calor a sus inmediaciones es decir al medio ambiente. Y la segunda fase representa esencialmente, el flujo inverso de calor desde el medio del sistema o los cambios del calor en el sistema (agua con sal). Y la tercera fase nos muestra el retorno a un estado de flujo constante de perdida de calor entre el sistema y sus inmediaciones. La ecuación que calcula el calor absorbido y liberado a presión constante es: Q = m ∆T, si consideramos el equilibrio termodinámico que se establece entre el sistema y el medio se tiene que: -D Q perdido = +D Q ganado =K, el calor perdido por el agua es ganado por el medio, por lo que se usara la masa del agua (m), la capacidad calorífica a presión constante () del agua y la variación de la temperatura que registra el sistema (∆t = tf-ti), siendo la temperatura final la que se alcanza en el equilibrio. -

cálculos:

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Universidad Autónoma Juan Misael Saracho 7.- CONCLUSIONES:  Cuando la constante del calorímetro sea pequeña, esta nos indicara que el calor fluye más rápido, o sea, que fluye en menos tiempo.  En la segunda fase se logró comprobar que el cloruro de potasio (KCl) al reaccionar con el agua formo una reacción de tipo endotérmica ya que esta absorbió el calor o la energía provocando la disminución de temperatura de golpe.  También se puede decir que en el momento que la energía fue absorbida se la conoce como entalpia, ya que esta nos dice que el calor que absorbe o libera un sistema sometido a presión constante se conoce como entalpia de reacción.  Y en la que consideramos tercera fase es cuando la temperatura del sistema nos indica un flujo casi constante del calor, o sea que está realizando un equilibrio termodinámico.  También se puede concluir que el calorímetro es un sistema el cual aísla el flujo de calor dentro del llamado sistema respecto del exterior, lo cual evita perdidas bastante mínimas de calor. 8.- RECOMENDACIONES:  Al introducir el cloruro de potasio (KCl) se debe hacer de la forma más rápida posible para evitar la pérdida de calor con el ambiente externo.  Respecto a esta práctica se debe tener numerado el calorímetro para usarlo en futuras prácticas y así no confundirse con otro por el motivo de saber la constante del calorímetro.  Y siempre, pero siempre tener muy en cuenta al trabajar con los materiales asignados tratando de no cometer alguna imprudencia al romper alguno.  Al momento de realizar la respectiva lectura de la temperatura la cual leemos por intervalos de tiempo, tatar de no distraerse para tener una recogida de datos más precisa.  Para evitar la fuga de calor se recomienda que el tapón del calorímetro por donde se vierten los reactivos sea de un material que no absorba calor.

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