Calorimetría

ABC LABORATORIOS S. A

Quito – Ecuador ** Agosto - 2006 **


ÍNDICE

CONTENIDO…………………………………………………………….

INTRODUCCIÓN……………………………………………………….

I. Termometría

Principio del termómetro líquido

Termómetro de gas

Verificación de los puntos fijos de un termómetro

Determinación de la emisión de calor de dos fuentes distintas

Aumento de la temperatura al calentar diferentes cantidades de agua

Temperatura de mezclas

II. Dilatación térmica

Fuerzas al variar la temperatura de cuerpos sólidos

Bimetal

Dilatación longitudinal de un sólido

Dilatación cúbica de sólidos

Dilatación volumétrica de los líquidos

Expansión volumétrica de un gas

Fuerza de expansión del vapor

III.Medida calorimétrica del calor

El calorímetro

Calorímetro de hielo

Cálculo del calor específico de cuerpos sólidos

Determinación de temperaturas mediante el calorímetro

IV. Equivalentes del calor

Transformación del calor en trabajo

Equivalente mecánico del calor

Equivalente eléctrico del calor



V. Fenómenos térmicos en variaciones del estado de

agregación.

Cambios de estado del agua

Temperatura de fusión, calor de solidificación y de fusión

Mezcla frigorífica

Temperatura y presión de vapor

Efecto de la presión sobre el punto de ebullición

Variación de la densidad

VI. Transferencia del calor

Transmisión de calor por convección

Corrientes de convección en el aire

Energía corriente de vapor

Absorción y reflexión del calor radiante

Conducción de calor en cuerpos sólidos

Intercambio de calor

Trabajo del tubo de vidrio

Estudio de la llama

El psicrómetro



INTRODUCCIÓN

El estudio de la calorimetría es de suma importancia pues permite el

entendimiento de muchos fenómenos corrientes, cuya explicación se basa en

los pilares de esta ciencia. El desarrollo de la humanidad desde sus primeros

pasos, cuando el hombre descubrió el fuego, se abrigaba con pieles, fundió los

primeros metales, hasta las aplicaciones de hoy como los paneles solares, las

termoeléctricas, el refrigerador, la termodinámica, el motor de combustión entre

otros ejemplos, no hubiese sido posible sin el entendimiento claro del calor, su

transmisión y transformación.

ABC laboratorios S.A. compañía líder en elementos didácticos ha desarrollado

este equipo con el propósito de brindar la mejor alternativa en la práctica de la

calorimetría. Las experiencias que se describen en el presente manual han sido

diseñadas pensando en ofrecer, tanto a docentes como a estudiantes, un

amplio espectro de opciones a partir de las cuales sea posible la configuración

de un plan de trabajo y experimentación que complemente y apoye el estudio y

aprendizaje de los contenidos seleccionados para el nivel de educación media

y donde se considere pertinente, los últimos grados de educación básica. En

este sentido se confía en que los usuarios del equipo aprovechen su

versatilidad en la elaboración de experimentos adicionales basados en los

elementos que lo conforman.

ABC Laboratorios S.A. espera con este equipo de calorimetría contribuir al

mejoramiento de la calidad de la educación, procurando la formación de

personas con conocimientos científicos de base, que aporten a la sociedad en

general y al sector productivo en particular.



INFORMES PARA EL LABORATORIO

1. Todos los resultados deben registrarse en el cuaderno de laboratorio lo

antes posible, incluyendo siempre el nombre del observador, la fecha y el

título del experimento.

2. Todos los resultados deben registrarse con seguridad y en lo posible deben

tabularse, todo lo que observe con respecto a la práctica debe anotarse

claramente.

3. Las operaciones correspondientes a los cálculos deben ser indicadas;

normalmente se realizan después de terminado el laboratorio.

4. Las preguntas que aparecen como parte del informe de laboratorio deben

contestarse en forma sencilla y precisa.

5. Algunas preguntas tienen por objeto estudiar un tema particular para

realizar de la mejor forma las prácticas de laboratorio.

PREPARACIONES PREVIAS A LA PRÁCTICA EN EL LABORATORIO

1. Antes de asistir al laboratorio, el experimento debe leerse para prepararlo y

comprenderlo completamente.

2. Cada experimento debe estar precedido por una introducción que explique

el propósito que se persigue.

3. En cada experimento se debe seguir detalladamente el procedimiento.

Una de las formas de controlar todas las operaciones consiste en el empleo de

un esquema o diagrama de flujo.

INSTRUCCIONES PARA EL LABORATORIO

1. Recuerde siempre que en el laboratorio debe trabajarse con seriedad y



responsabilidad.

2. Todo experimento debe preparase leyendo las instrucciones del manual

antes de ir al laboratorio.

3. Sólo deben realizarse los experimentos que han sido programados con

anterioridad. La realización de otras experiencias deben ser aprobadas por

el profesor.

4. Cuando se ha calentado vidrio, debe dársele tiempo suficiente para que se

enfríe, ya que el vidrio frío o caliente tiene el mismo aspecto.

5. Debe tener presente la ubicación de los extintores y salidas de emergencia.

6. Debe informarse de cualquier accidente al profesor, por leve que sea.

7. Al manipular productos químicos peligrosos se debe usar anteojos

protectores y la campana extractara de gases.

8. Los sólidos y papeles desechados deben colocarse en un recipiente

apropiado en un recipiente apropiado, nunca tirarlos al sifón.

9. Antes de sacar un producto químico del recipiente, se debe leer

cuidadosamente el rótulo para estar seguro del producto y de las normas de

seguridad que se deben tener en cuenta.

10.Los aparatos y la mesa de trabajo deben mantenerse limpios y ordenados.

11.Todos los equipos y elementos deben colocarse en su respectivo lugar al

final de cada laboratorio.



I. TERMOMETRIA

La temperatura con base en la cual comparamos la de los objetos que nos

rodean es la de nuestro propio cuerpo, decimos que son fríos, calientes, tibios,

etc. de acuerdo a la sensación que éstos nos producen. Sin embargo, éste no

es un punto de referencia confiable, por lo que se hace necesario utilizar otros

métodos más precisos y exactos para estimar la temperatura. Para este

propósito se han diseñado diferentes aparatos que permiten realizar esta

medición. El más conocido comúnmente es el termómetro, cuyo

funcionamiento depende del hecho que un líquido como el mercurio, se

expande cuando su temperatura es incrementada, otros elementos usados

para medir la temperatura son las termocuplas y los más modernos los

medidores de temperatura a partir de la energía infrarroja.

El significado de la palabra temperatura en la ciencia es muy diferente al

significado que se le asigna comúnmente; generalmente se piensa que la

temperatura es una medida del calor, por ejemplo en un día soleado se dice

que la temperatura es alta o que hace mucho calor, y se da un significado igual

a estas dos frases. La temperatura no es una medida de calor, es una medida

de la energía cinética interna por molécula. Ya se verá más adelante en

experiencias que se refieren al calor y a su medida.



PRINCIPIO DEL TERMÓMETRO LÍQUIDO

OBJETIVOS

Construir un termómetro sencillo de líquido

Observar el principio del termómetro

MATERIALES

Mechero de alcohol

Soporte (base triangular con varilla)

Tubo de ensayo

Tapón de caucho para tubo de ensayo con

orifico para termómetro

Nuez doble

Tubo de vidrio de 250 mm x 6 mm

Pinza sencilla para bureta

Agua coloreada con azul de metileno

Pinza para erlenmeyer

PROCEDIMIENTO

Llene hasta el borde el tubo de ensayo con la solución de azul de metileno,

introduzca el tubo de 6 mm de diámetro en el tapón y colóquelo al tubo de

ensayo de tal manera que el agua ascienda por el tubo delgado. Haga el

montaje que se ve en la figura, para esto sujete el tubo de ensayo con la pinza

para bureta y sujete la escala centimétrica de modo que pueda medir el nivel

alcanzado por el líquido, caliente el tubo con la mano y observe como sube la

columna coloreada a través del tubo, enfríe luego el tubo de ensayo con un

vaso de precipitados lleno de agua.

Repita la experiencia utilizando alcohol en vez de agua

OBSERVACIONES

Determine en primera aproximación los conceptos de temperatura y



calor.

¿En qué fenómeno se basa el termómetro de líquido?

¿Cuál termómetro es más sensible, el de agua o el de alcohol? explique.

Investigue las diferentes escalas de temperatura y en que se basan.

TERMÓMETRO DE GAS

OBJETIVOS

Construir un termómetro de gas

Verificar la sensibilidad de un termómetro de gas y

compararla con un termómetro de líquido

MATERIALES

Mechero de alcohol

Soporte (base triangular con varilla)

Tubo de ensayo

Tapón de caucho para tubo de ensayo con orifico para

termómetro

Nuez doble

2 Tubos de vidrio de 250 mm x 6 mm


Agua coloreada con azul de metileno

Balón con desprendimiento

Manguera de látex

PROCEDIMIENTO

1. Inserte un tubo de 6 mm de diámetro en el tapón de caucho y

tape luego con este dispositivo el tubo de ensayo, coloque

una gota de solución de azul de metileno en el tubo de vidrio,

destape y tape el tubo de ensayo hasta lograr ubicar la gota

dos o tres centímetros por encima del tapón, ajuste y realice

el montaje como en la foto superior, coja con la mano el tubo

de ensayo y observe como se desplaza la gota de agua dentro



del tubo de 6 mm, retire la mano y verifique que la gota desciende.

2. Realice el montaje indicado en la figura inferior y

deposite solución de azul de metileno en la manguera hasta

ver aparecer la columna de líquido en los tubos de vidrio,

conecte luego al desprendimiento del balón y tapone la

boca. Caliente con las manos el balón y observe el

desplazamiento de la columna de agua.

OBSERVACIONES

¿Cuál es el principio del funcionamiento del

termómetro a gas?

¿Para qué tipos de trabajos puede ser utilizado y por

qué?

¿Cambio la temperatura del gas cuando calentó el recipiente?

¿varió el volumen del gas? ¿varió la presión del sistema?

¿Qué termómetro es más sensible, el de líquido o el de gas y

por qué?

VERIFICACIÓN DE LOS PUNTOS FIJOS DE UN TERMÓMETRO

OBJETIVOS

Comprobar los puntos fijos de un termómetro

Verificar el efecto de la presión en el punto de

ebullición

MATERIALES

Mechero de alcohol

Soporte

Tapón horadado para balón con

desprendimiento

Nuez doble

Pinza para balón



Balón de destilación

Termómetro

Vaso de precipitados

Hielo

PROCEDIMIENTO

Introduzca el termómetro en un vaso de precipitados con agua y hielo y agítelo

continuamente durante unos segundos. Lea la temperatura marcada cuando la

columna deje de descender.

Coloque el termómetro en el tapón; deposite agua en el balón y tápelo con el

tapón con termómetro puesto, haga hervir el agua contenida en el balón y

efectúe la lectura de la temperatura cuando el

agua esté en ebullición. Estas temperaturas

halladas se denominan los puntos fijos de un

termómetro.

OBSERVACIONES

¿Qué utilidad halla en verificar con el

termómetro los puntos fijos de éste?

Enuncie y explique los errores más

frecuentes que pueden ocurrir al hacer lecturas de temperatura.

¿El punto de ebullición de los líquidos y gases depende de la presión del

medio donde se toman los datos?

¿A qué temperatura hierve el agua en una ciudad a nivel del mar?

DETERMINACIÓN DE LA EMISIÓN DE CALOR DE DOS FUENTES

DISTINTAS

OBJETIVO

Demostrar que con diferentes fuentes de calor se obtienen diferentes

temperaturas al calentar la misma cantidad de líquido en el mismo

tiempo



MATERIALES

Trípode en hierro

Malla de asbesto

Mechero de alcohol

Mechero bunsen

Termómetro

Erlenmeyer

Vaso de precipitado

PROCEDIMIENTO

Mida exactamente 200 ml de agua en el erlenmeyer y páselos al vaso de

precipitado, tome la temperatura del agua en el vaso y caliente con el mechero

de alcohol durante tres minutos exactos, tome la temperatura en el vaso cada

30 segundos registrando las seis lecturas.

Enfríe con agua la malla de asbesto, el trípode, el vaso de precipitado hasta la

temperatura ambiente. Mida en el erlenmeyer 200 ml de agua exactamente y

colóquelos en el vaso de precipitado, tome la temperatura del agua la cual

deberá ser igual a la que tomó antes del primer calentamiento, caliente el agua

con el mechero bunsen durante tres minutos exactos registrando la

temperatura cada 30 segundos.

OBSERVACIONES

Elabore en un plano cartesiano las gráficas de temperatura en el eje de

la ordenada y tiempo en las abscisas. Compare los resultados de las dos

gráficas.

Establezca cuál mechero es más eficiente para generar calor.

AUMENTO DE LA TEMPERATURA AL CALENTAR DIFERENTES

CANTIDADES DE AGUA

OBJETIVO

Verificar que para elevar a la misma temperatura cantidades diferentes



de agua se requieren cantidades de energía calorífica diferentes.

MATERIALES

Trípode en hierro

Malla de asbesto

Mechero

Termómetro

Vaso de precipitado

PROCEDIMIENTO

Coloque en el vaso de precipitado 100 ml de agua y con

el termómetro tome esta temperatura inicial del agua.

Inicie el calentamiento con el mechero y tome la hora en

que se da comienzo al calentamiento, tan pronto como el agua llegue al punto

de ebullición determine el tiempo gastado en este proceso y tome la

temperatura final. Suspenda el calentamiento y enfríe con agua el trípode, la

malla de asbesto y el vaso.

Coloque ahora en el vaso de precipitado 200ml de agua y tome la temperatura

que debe ser igual a la temperatura cuando se inició el proceso. Inicie el

calentamiento con el mechero tomando la hora en que se dio comienzo a este

segundo calentamiento, tan pronto como el agua llegue al punto de ebullición

determine el tiempo gastado y tome la temperatura final, que debe ser igual a la

temperatura con la cual finalizó el primer calentamiento.

OBSERVACIONES

Establezca en cuál de los calentamientos se necesitó más tiempo.

¿Qué sucedería al calentar 400 ml de agua?

TEMPERATURA DE MEZCLAS

OBJETIVOS

Determinar previamente la temperatura a la cual quedará una mezcla del

mismo líquido en dos cantidades diferentes.



Verificar la temperatura final en forma matemática comparándola con la

obtenida en la parte experimental.

MATERIALES

Vaso de precipitado

Erlenmeyer

Vaso interno del calorímetro de joule

Mechero

Malla de asbesto

Trípode

PROCEDIMIENTO

Caliente en un erlenmeyer 150 ml de agua y en el vaso del calorímetro 250 ml

al mismo tiempo, colocando los dos recipientes sobre la malla.

Después de cinco minutos tome y registre la temperatura de los dos

recipientes, la cual debe ser diferente, luego mezcle rápidamente en el vaso de

precipitado las dos cantidades de agua. Agite suavemente y tome la

temperatura final de la mezcla, haga esta operación en el menor tiempo

posible.

OBSERVACIONES

Mediante cálculo matemático determine la temperatura de la mezcla final

y compárela con el resultado de la experiencia.

Ejemplo para el cálculo:

(Ce x Te ) + (Cv x Tv)

Tm=

(Ce + Cv)

(Tm= Temperatura de la mezcla),

(Ce= Cantidad de agua en el erlenmeyer)

(Te= Temperatura del agua en el erlenmeyer),

(Cv= Cantidad de agua en el vaso), (Tv= Temperatura del agua en el vaso).

Investigue en qué procesos se utiliza este procedimiento.



II. DILATACIÓN TÉRMICA

III.

El estudio de la expansión de un cuerpo cuando su temperatura aumenta es de

suma importancia en muchas áreas, como en las construcciones civiles, los

viajes espaciales, la construcción de satélites, la termometría, la fundición, en

fin, todo aquello que se somete a cambios de temperatura.

Para el estudio de la dilatación térmica se hallan los coeficientes de dilatación

lineal, superficial y volumétrico; éstos se definen como el cociente entre el

aumento de magnitud y el producto de la magnitud inicial por la variación de la

temperatura. Los coeficientes de dilatación son una propiedad de cada

sustancia, es decir, dependen del tipo de sustancia. Una excepción a esta

propiedad son los gases ideales. Charles encontró que el coeficiente de

expansión cúbica de todos los gases a presión constante es el mismo e igual a

0.00367. Esto es conocido como la ley de Charles la cual puede ser expresada

como: V= Vo (1 + T/273) donde la temperatura T es medida en grados

centígrados.



FUERZAS AL VARIAR LA TEMPERATURA DE CUERPOS

SÓLIDOS

OBJETIVOS

Verificar los fenómenos de dilatación y contracción de los metales.

Observar que debido a estos fenómenos se ejercen grandes fuerzas.

MATERIALES

Aparato de Tyndall (Rompe

pernos)



2 barras de vidrio de 60mm x 8

mm

Mechero de alcohol

Soporte universal

Nuez sencilla

PROCEDIMIENTO

Coloque un perno de vidrio en el orificio

interno de la varilla central y ajuste la longitud del aparato de Tyndall por medio

de las tuercas de las varillas laterales de tal forma que el perno quede seguro y

no se mueva, arme el dispositivo indicado en la figura y caliente la varilla

central con el mechero.

Observe como se rompe el perno y luego de dilatada la varilla central

introduzca otro perno de vidrio en el orificio externo, retire el mechero y permita

que se enfríe, observe lo que sucede y anótelo. Si lo desea puede colocar un

trozo de tela mojado sobre la varilla central, para que se enfríe más rápido.

OBSERVACIONES

¿Por qué se rompen los pernos?

Intente explicar por qué una roca constituida de diferentes minerales se

rompe al calentarse por el sol.

Investigue qué es una junta de expansión y su utilidad en las

construcciones civiles.

BIMETAL

OBJETIVOS

Comprobar que la dilatación es propia de cada sustancia sólida.

Investigar aplicaciones que utilicen la diferencia de expansión de los

elementos sólidos.

MATERIALES

Bimetal



Soporte universal

Nuez sencilla

Mechero

PROCEDIMIENTO

Observe el bimetal y compruebe que éste se constituye de dos placas

metálicas. Por medio de una nuez sencilla sujete el bimetal en forma

perpendicular a la varilla del soporte.

Caliente el bimetal en el centro por medio del mechero y observe lo que ocurre.

OBSERVACIONES

¿Por qué se curva la chapa bimetálica?

¿Qué ocurre si se aumenta la temperatura?

¿Cómo utilizaría esta propiedad en la construcción de una alarma

automática de incendios?

DILATACIÓN LONGITUDINAL DE UN SÓLIDO

OBJETIVOS

Observar que al calentar un sólido éste se dilata

Verificar que la dilatación lineal depende del tipo de sustancia

Hallar el coeficiente de dilatación lineal

MATERIALES

Dilatómetro de metales

Alcohol 100 mi

Algodón

Soldadura de estaño - plomo

Varillas de aluminio, cobre, hierro y latón

PROCEDIMIENTO

Coloque la varilla de aluminio en el pirómetro, corte un trozo de soldadura y



colóquelo formando una U invertida sobre la varilla en el extremo próximo al

aparato de medición, calibre la aguja para que coincida con el cero, para esto

utilice el tornillo de ajuste.

Agregue alcohol en el recipiente que contiene la mecha de algodón, encienda y

observe por medio de la aguja indicadora como poco a poco el metal se dilata,

esté atento al momento en que se funde la soldadura de estaño - plomo y tome

la medida de la variación de la longitud que marca en ese momento, tenga en

cuenta que cada división en la escala equivale a 0.1 mm de variación de la

longitud.

Repita la experiencia con las demás varillas de los otros metales y anote la

dilatación de cada uno de ellos en el momento que se derrita la soldadura.

Halle el coeficiente de dilatación lineal a con la siguiente fórmula:

a = DI / lo x DT

Donde:

DI es la variación de la longitud

lo es la longitud a 0°C que en este caso se tomará a la temperatura ambiente.

DT = (T2 -T1) es la variación de la temperatura con T1 la temperatura del

medio ambiente y T2 la temperatura a la cual se funde la soldadura de estaño -

plomo, alrededor de los 270°C.

OBSERVACIONES

¿Cuál metal es mejor conductor y por qué? explique su respuesta.

¿Qué unidades tiene el coeficiente de dilatación lineal?

Compare los coeficientes de dilatación hallados con los que indica la

bibliografía e indique a que se debe la diferencia entre estos valores y

los hallados.

Valores hallados en la bibliografía: Aluminio: 23,8x10*/°C, Hierro:

12,0x10*/°C, Latón: 18,5x10-°/0C, Cobre: 16.7x10*/°C

¿Qué errores sistemáticos se pueden haber cometido al hallar el

coeficiente de dilatación lineal?

¿Qué errores aleatorios?

Un alambre de telégrafo mide de poste a poste 90 metros. ¿Cuánto se

dilata al medio día cuando la temperatura es de 39 °C y el cable es de

aluminio?, y ¿si el cable es de cobre?



DILATACIÓN CÚBICA DE SÓLIDOS

OBJETIVOS

Observar que al calentar un sólido éste se dilata

Aplicar un método para hallar la dilatación

volumétrica a partir del coeficiente de dilatación

lineal.

MATERIALES

Bola y anillo de Gravesande

Mechero de alcohol

PROCEDIMIENTO

Retire la esfera con mango del soporte y compruebe que

pasa fácilmente a través del orificio, estando ambos a la

misma temperatura. A continuación, caliente la esfera

por al menos 30 segundos y observe que ya no pasa por

el orificio. Déjela allí y observe lo que ocurre al cabo de

unos minutos.

OBSERVACIONES

¿A qué se debe que la esfera luego de calentarse no pasa a través del

aro?

¿Qué ocurre luego de unos minutos de dejar la esfera en el aro?

Explique.

El coeficiente de dilatación volumétrica de un sólido es

aproximadamente tres veces el coeficiente de dilatación lineal.

Halle el volumen de una esfera de aluminio cuyo radio a 20°C es 5 cm y

realice los cálculos necesarios para hallar el volumen al calentarse hasta

360°C.



¿Por qué cree usted que es importante conocer los coeficientes de

dilatación de los materiales de construcción?

DILATACIÓN VOLUMÉTRICA DE LOS LÍQUIDOS

OBJETIVOS

Verificar que generalmente los líquidos se dilatan cuando su temperatura

aumenta

Hallar el coeficiente de dilatación volumétrica de un Líquido

MATERIALES

Soporte con varilla

Pinza para bureta

Plato calefactor

Probeta de 100 mi


Agua

Alcohol

Aceite de cocina

PROCEDIMIENTO

Coloque el vaso de precipitados lleno de agua en el plato calefactor, a fin de

calentar. Retire la base y el anillo plástico a la probeta, llénela con agua a

temperatura ambiente hasta medir 80 mi. Coloque la probeta dentro del vaso

de precipitados con agua caliente, permita por unos minutos que el agua dentro

de la probeta se caliente hasta una temperatura de 80°C y mida nuevamente el

volumen.

Repita la práctica con otros líquidos y a la misma temperatura. Halle el

coeficiente de dilatación a de cada uno de los líquidos usados: a = DV/ Vo x DT

Donde: DV es la variación del volumen Vo es el volumen a 0 ° centígrado que

en este caso se tomara a la temperatura ambiente. DT = (T2 -T^es la variación

de la temperatura con T, la temperatura del medio ambiente y T2 la

temperatura a la que se calienta el agua (80°C)



OBSERVACIONES

Los coeficientes de dilatación volumétricos hallados para cada líquido

son diferentes, ¿por qué?

El coeficiente de dilatación hallado es un promedio para el intervalo de

temperaturas que se uso, en este caso para T2 = 60 y T1 = temperatura

ambiente. Si se usa para hallar la dilatación a una temperatura fuera de

este rango los resultados no serán exactos, pues no hay una relación

lineal entre el coeficiente de dilatación y la temperatura. ¿Qué solución

puede dar para hallar un coeficiente más exacto para un delta de

temperatura mayor?

Generalmente los líquidos se expanden cuando su temperatura

aumenta, el agua es una importante excepción a esta regla, entre O y 4

grados centígrados el agua se contrae cuando su temperatura

aumenta, después de los cuatro grados centígrados el agua se expande

al incrementar la temperatura. ¿Cuáles son algunas de las

consecuencias de este comportamiento?, ¿por qué el hielo flota en el

agua?

EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA DE UN GAS

OBJETIVOS

Comprobar la dilatación de los gases a presión constante, al aumentar

su temperatura.

Hallar el coeficiente de dilatación de un gas

MATERIALES

2 vasos de precipitados

Trípode

Mechero

Termómetro

Pinza para bureta

Soporte con varilla

Tubo de ensayo

Probeta o jeringa

Pinza para tubos de ensayo



Tapón de caucho para tubo de ensayo

Cinta de enmascarar

PROCEDIMIENTO

Llene el vaso de precipitados con agua y colóquelo a calentar sobre el trípode

con el mechero de gas. Mientras el agua hierve haga lo siguiente:

Tome un tubo de ensayo, límpielo y séquelo muy bien, péguele a lo largo un

trozo de cinta de enmascarar. Coloque el otro vaso de precipitados con agua a

temperatura ambiente, junto al soporte sujete la pinza para bureta y de ésta fije

el termómetro, que debe ir dentro y a un lado del vaso de precipitados con

agua tal y como muestra la figura.

Introduzca en el agua hirviendo el tubo de ensayo sujetado con la pinza para

balón, no permita que entre agua dentro de él, lo que interesa es calentar el

aire contenido. Luego de un minuto de calentamiento tápelo con el tapón de

caucho pero solamente colocando éste encima del de tal modo que selle sin

introducir el tapón, rápidamente introdúzcalo boca abajo en el vaso de

precipitados con agua fría y retire el tapón de caucho, observe que luego del

enfriamiento que sufre el aire, penetra agua al tubo de ensayo. Espere al

menos tres minutos para asegurar la igualdad térmica y gradúe el nivel del tubo

de ensayo de tal modo que el nivel del agua dentro del sea el mismo que el

nivel del agua en el vaso de precipitados, marque en ese punto sobre la cinta

de enmascarar. Llene el tubo de ensayo con agua hasta el borde, determine

este volumen con la bureta o con la jeringa, este volumen será el volumen

ocupado por el aire caliente, a la temperatura de ebullición del agua (la cual

debe ser medida). Nuevamente llene el tubo con agua pero hasta la marca

sobre la cinta, determine este volumen que será el volumen del aire a

temperatura ambiente, medida por el termómetro introducido en el vaso de

precipitados.

Deduzca el coeficiente de dilatación cúbica g, según la siguiente ecuación:

g=(V2-V,)/(T2V,-T,V2) Con V2, volumen del aire a temperatura T2 y V, volumen

del aire a temperatura T,

OBSERVACIONES

Compare el valor obtenido de g con el valor dado en el marco teórico.



¿Qué unidades tiene g?

Deduzca la ecuación dada para hallar g utilizando la ecuación de

Charles si para T, es

válido V,= Vo (1+gT,) y para V2=Vo(1+Gtj

FUERZA DE EXPANSIÓN DEL VAPOR

OBJETIVO

Demostrar que el vapor dentro de un

recipiente produce una fuerza que se puede

aplicar.

MATERIALES

Pinza de madera para tubo de ensayo

Tubo de ensayo

Tapón para el tubo de ensayo

Mechero de alcohol

PROCEDIMIENTO

Agregue agua en el tubo de ensayo hasta un poco más abajo de la mitad,

tápelo con el tapón de caucho sin ajustado demasiado, asegure el tubo con la

pinza de madera sujetándolo de la parte superior y dirigiendo la boca hacia

donde no se encuentre ninguna persona.

Caliente el tubo haciendo movimientos de abajo hacia arriba para que la llama

caliente el agua en todas partes. Cuando se produce el vapor la presión interna

aumenta hasta que el tapón de caucho es disparado.

OBSERVACIONES

Explique lo sucedido dando razones.

¿La energía para disparar una bala de donde procede?

¿Qué puede suceder si se ajusta fuertemente el tapón para el

calentamiento?



IV. MEDIDA CALORIMÉTRICA DEL CALOR

El calor es una forma de energía y como tal, puede ser medido en las mismas

unidades en las que se mide la energía; sin embargo, es conveniente usar una

unidad que esté basada en el incremento de la temperatura de una sustancia.

Naturalmente esa sustancia es el agua y la unidad es la caloría que se define

como la cantidad de calor o energía que es necesaria para incrementar la

temperatura un gramo de agua de 15 a 16 grados centígrados.

La capacidad calorífica de una sustancia es la cantidad de calor necesario, en

calorías, que se requiere para elevar la temperatura a un gramo de dicha

sustancia, en un grado centígrado. La relación entre la capacidad calorífica de

una sustancia y la capacidad calorífica del agua, se denomina calor específico.

Una de las formas más usuales de medir una cantidad de calor es utilizando el

calorímetro el cual por medio del método de las mezclas permite cuantificarlo.

Este método se basa en la ley de la conservación de la energía: «El calor

perdido por un cuerpo es igual al calor ganado por otro cuerpo», en el caso del

calorímetro, el calor que cede un cuerpo introducido en él es ganado por una

masa de agua conocida y por el calorímetro mismo. Se debe tener en cuenta

que el calor ganado por el calorímetro es cedido al medio en que se encuentre,

esto se evita aislando lo mejor posible para que no haya pérdidas de calor.

Otros datos indispensables en el cálculo del calor específico son la temperatura

antes y después de colocar los dos cuerpos juntos y la capacidad calorífica de

uno de ellos, en el caso del calorímetro de mezclas la capacidad calorífica del

agua y la capacidad calorífica del calorímetro.

En el caso del calor de combustión, el valor energético de los alimentos y otras

medidas de energía se realiza mediante calorímetros especiales.

EL CALORÍMETRO



OBJETIVOS

Hallar la capacidad calorífica del

calorímetro

Aclarar algunos conceptos básicos

usados en transferencia de calor

MATERIALES

Calorímetro de Joule


Mechero

Trípode

Malla

Agua

MARCO TEÓRICO

Para hallar el calor específico de una sustancia se utiliza el calorímetro, dentro

del cual hay una masa de agua determinada a una temperatura T, conocida. La

elevación de la temperatura del agua y del calorímetro hasta una temperatura

de mezcla T,, por un cuerpo a una temperatura mayor T2 que permite junto con

la capacidad calorífica del calorímetro y del agua hallar el calor específico de

dicho cuerpo.

La capacidad calorífica del calorímetro es particular y depende del material y el

diseño en que se construye. En esta primera práctica hallará la capacidad

calorífica del calorímetro con base en la ley de la conservación de la energía.

Calor cedido por un cuerpo es igual al calor ganado por el otro cuerpo.

PROCEDIMIENTO

Introduzca en el calorímetro una determinada cantidad de agua (120 ml, m1)

medida con una probeta, con el termómetro mida su temperatura inicial (T,); a

continuación, agregue una cantidad igual a la inicial (m2) a una temperatura de

60°C (T,), coloque la tapa con el termómetro, agite por 30 segundos y mida la

temperatura final de la mezcla (T12).

Halle la capacidad calorífica del calorímetro Ck, despejándola de la siguiente



ecuación: cantidad de calor cedida por el agua caliente = cantidad de calor

ganada por el agua fría + cantidad de calor ganada por el calorímetro:

m2.C. (T2-T)2) - m1.C. (T12-T,) + mk.Ck. (T, 2-T,) Con C la capacidad

calorífica del agua cal/g. °C

Se puede determinar solamente el producto mk.Ck que se llamará W y se

usará en cálculos posteriores.

OBSERVACIONES

¿Qué indica que un cuerpo tenga una alta capacidad calorífica?

¿Qué indica que un cuerpo tenga una baja capacidad calorífica?

¿Qué unidades tiene el calor específico?

¿Qué unidades tiene W?

CALORÍMETRO DE HIELO

OBJETIVO

Mediante la práctica de laboratorio los alumnos van a calcular el calor

específico del aluminio mediante el calorímetro de hielo.

MARCO TEÓRICO

Calor Específico: Se le conoce a la cantidad de calor que

en necesario suministrar a la unidad de masa de dicha

sustancia para elevar su temperatura de un grado. Así

por ejemplo si el calor específico del aluminio es de 0,22,

significa que un gramo de aluminio necesita 0,22 calorías

gramo, para elevar su temperatura de un grado C.

Q = mc(tf-to) donde Q es la cantidad de calor m es la

masa, c es el calor específico tf es la temperatura final to

temperatura inicial, el cuerpo o sistema absorbe calor.

Si el problema fuera a la inversa, el cuerpo o sistema no

absorbe calor sino que lo cede, el procedimiento será el mismo. En los

intercambios de calor entre cuerpos mezclados o puestos en contacto, hay

siempre un cuerpo o cuerpos que ceden calor y otros que lo absorben hasta

que se establece una temperatura de equilibrio para el sistema. Aplicando en



los casos el principio calorimétrico de que Calor absorbido = calor cedido, se

puede llegar al cálculo de la temperatura de equilibrio.

CONCEPTOS A INVESTIGAR

Para comprender el calor específico de un metal es necesario aplicar los

conceptos de temperatura, masa, calor específico, los cuales se desarrollan a

través del experimento.

MATERIALES

Bloque de hielo

Pesa de aluminio

Balón fondo plano

Vasos del calorímetro

Mechero alcohol

Probeta

Termómetro

Balanza

PROCEDIMIENTO

Coloque la pesa de aluminio dentro del balón con 200 cm3 de agua y caliente

sobre el mechero hasta unos 902C. Ubique el trozo de hielo en el vaso el

calorímetro, saque el aluminio del balón y coloque sobre el hielo; éste

comienza a fundirse. Recoja el agua del vaso en la probeta graduada.

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Al depositar la pesa en el hielo se funde el hielo hasta convertirse en

líquido y producirse un equilibrio térmico, es decir la pesa cedió calor al

hielo y éste a su vez lo absorbe.

¿Qué sucedió con el calor de la pesa y con el calor del sistema pesa-

hielo?

Teniendo en cuenta que cada gramo de hielo a 0a requiere 80 calorías

para fundirse, determine el



CÁLCULO DEL CALOR ESPECÍFICO DE CUERPOS SÓLIDOS

OBJETIVOS

Calcular el calor específico del aluminio, cobre y vidrio

Comparar estos calores específicos y aprender el uso del calorímetro de

Joule

MATERIALES

Calorímetro de Joule

Discos de aluminio

Discos de cobre

Pernos de vidrio

Balanza

Agua

Mechero


Trípode

Termómetro

Probeta

Pinza metálica

PROCEDIMIENTO

Caliente agua en el vaso de precipitados, usando el trípode y el mechero. Al

hervir agregue los discos de aluminio previamente pesados y permita que

nuevamente el agua hierva. Luego, con la probeta mida 80 ml de agua a

temperatura ambiente y coló-quela en el calorímetro, mida la temperatura y

anótela. Con las pinzas saque los discos de aluminio del agua y colóquelos

dentro del calorímetro, selle y agite por 20 segundos luego de los cuales tome

lectura de la temperatura y anótela.

Repita el procedimiento con los discos de cobre y con los pernos de vidrio,

tenga cuidado cuando los retire del agua, si lo prefiere permita que se calienten

en agua calentada hasta los 50°C. Calcule el calor específico de los elementos

usados con la siguiente ecuación:



m1.c1) (T12-T1)

=

m2 (T2-T12)

Donde: c es el calor específico que se busca

W la constante del calorímetro hallada anteriormente

m1 la masa de agua usada en el calorímetro

m2 la masa del elemento al cual se le calculará el calor específico

T1 la temperatura del agua colocada en el calorímetro

T2m la temperatura a la cual se calientan los cuerpos en el agua

T12 temperatura de mezcla.

c1 la capacidad calorífica del agua

OBSERVACIONES

¿Cuál de los tres elementos sólidos usados tiene mayor capacidad

calórica y qué quiere decir esto?

¿Esperaría obtener los mismos valores de calor específico si utiliza

mayor o menor masa de muestra?

¿Obtendría un valor de calor específico diferente si calienta menos o

más los cuerpos sólidos?

¿Qué debería tener en cuenta si en lugar de agua utiliza aceite?,

¿obtendría valores diferentes?

DETERMINACIÓN DE TEMPERATURAS MEDIANTE EL

CALORÍMETRO

OBJETIVOS

Calcular la temperatura de un cuerpo calentado con la llama de un

mechero

Usar el calorímetro de Joule y la ecuación de balance de calor y el calor

específico para hallar una temperatura desconocida.



MATERIALES

Calorímetro

Disco de aluminio

Agua

Mechero

Probeta

Pinza metálica

PROCEDIMIENTO

Mida con la probeta 80 ml de agua y agréguela en el calorímetro, midiendo la

temperatura.

Mí U

Tome con la pinza metálica el disco de aluminio y caliéntelo por 2 minutos en la

llama del mechero y colóquelo inmediatamente después en el calorímetro,

determine la temperatura final del calorímetro luego de 30 segundos. Calcule la

temperatura a la cual se hallaba el cilindro de aluminio antes de colocarlo en el

calorímetro así:

(W+m1.c1)(T12-T1)

T= + T12

c2. m2 Donde:

T es la temperatura a determinar

W la constante del calorímetro

m1 la masa del agua

m2 la masa del disco de aluminio

TI 2 la temperatura de mezcla

TI a temperatura inicial del agua

c2 la capacidad calorífica del aluminio tomada de la literatura, 0.212 cal/g. °C

c1 Capacidad calorífica del agua

OBSERVACIONES

¿En qué se basa el cálculo realizado?

¿Hallaría una temperatura diferente si utiliza una muestra de cobre?,

explique.



Observe el calorímetro, abriéndolo y reconociendo cómo está

conformado. ¿Por qué razones cree usted que el calorímetro se

construye así?

Invente un método para hallar la capacidad calorífica de un líquido

usando el calorímetro y compruébelo.

IV. EQUIVALENTES DEL CALOR

Como el calor es una forma de energía se puede transformar en otras formas

de energía y otras formas de energía pueden ser convertidas en calor. De

acuerdo a la ley de la transformación de la energía, no es posible crear o

destruir la energía. En consecuencia, una cantidad definida de trabajo es

requerida para producir una cantidad dada de calor. Los experimentos han

demostrado que esta cantidad de trabajo es la misma bajo todas las

condiciones. Fue Prescott joule quien primero estableció cuánto trabajo había

que efectuar sobre una masa de agua de 1 Kg para elevar su temperatura de

14,5°C a 15°C.

El calor es la energía que un cuerpo posee por virtud del hecho que sus

moléculas están en movimiento. En los sólidos, estas moléculas no alteran su

posición pero vibran en su posición de equilibrio. Estas distancias a través de

las cuales estas moléculas vibran se incrementan por la adición de calor y la

energía de las moléculas es entonces incrementada. Hay varias maneras

mediante las cuales estas moléculas se pueden hacer vibrar más rápidamente

e incrementar su energía, una de ellas es el trabajo. En muchos casos el

trabajo es realizado sobre un cuerpo y el calor se desarrolla por consecuencia

de este trabajo. Mediante varios experimentos es posible concluir que el trabajo

puede ser transformado en calor.

De una misma manera el calor tiene un equivalente eléctrico que al igual que el

equivalente de trabajo mecánico es una constante. En los experimentos del

siguiente capítulo se comprobarán estos hechos.



TRANSFORMACIÓN DEL CALOR EN TRABAJO

OBJETIVO

Observar cómo el calor se convierte en trabajo

MATERIALES

Base universal

Turbina a vapor de Herón

Nuez sencilla

Pinza para tubo de ensayo

Mechero

Agua

PROCEDIMIENTO

Llene con agua hasta una tercera parte, la

turbina de Herón, y selle bien con el tapón de

caucho. Cuélguela como se indica en la figura, verifique que gire libremente,

sin chocar la varilla del soporte.

Coloque debajo de ella el mechero encendido para calentar el agua, gradúe la

altura de manera que el calentamiento sea eficiente. Al empezar a hervir

observe y anote lo que sucede.

OBSERVACIONES

Analice la disposición de las salidas de vapor y deduzca cómo se da el

movimiento.

En las plantas termoeléctricas el fluido de trabajo es el agua en forma de

vapor ¿Qué ventajas tiene el uso de ésta sobre otros fluidos?

Investigue el calor específico del vapor de agua y compárelo con el de

otras sustancias.



EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

OBJETIVOS

Comprobar la transformación de la energía mecánica en calor.

Verificar que hay una relación cuantitativa entre trabajo y calor.

Relacionar la ley de la conservación de la energía con esta experiencia.

MATERIALES

Tubo de PVC de 550 mm

Plomo metálico en perlas


Termómetro

Tapón de caucho

Tapón de caucho horadado para el termómetro

Balanza

PROCEDIMIENTO

Selle uno de los extremos del tubo plástico con un tapón

de caucho, coloque el termómetro en el otro tapón de forma que sobre-salga 5

cm por la base más pequeña.

Pese 200 gramos de plomo en perlas y colóquelas en el vaso de precipitados,

enfríe las perlas en el vaso de precipitados en agua corriente (mejor aun en

agua con hielo) de tal manera que baje la temperatura de los perdigones unos

cuantos grados por debajo de la temperatura ambiente, seguidamente vierta

los perdigones en el tubo, selle con el tapón con termómetro, invierta el tubo y

tome la temperatura luego de unos segundos.

Gire el tubo 180 grados por 100 veces, deteniéndolo cada vez en posición

vertical para permitir que los perdigones desciendan toda la distancia y

choquen contra el fondo. Luego mida la temperatura y halle el calor ganado así:

Q = m.c. (T2 -T1) Q calor ganado

m masa de los perdigones de plomo

c capacidad calorífica del plomo, 0.030 cal/g.

°C T1 temperatura inicial del plomo

T2 temperatura final del plomo



La distancia que recorrieron los perdigones debe ser medida desde la

superficie de estos hasta la base interna del tapón de caucho.

La energía mecánica se calcula así

Em m

g h

Em = m. g. h.n Energía mecánica masa de los perdigones aceleración debida a

la gravedad, 9.8 m/s2 recorrido de los perdigones número de vueltas

Halle el equivalente mecánico del calor J como el cociente entre la energía

mecánica Em y el calor ganado Q, tenga en cuenta las unidades.

J = Em/Q

El valor aceptado es 4.18 julios/caloría.

OBSERVACIONES

¿A qué se debe el aumento de temperatura de los perdigones de

plomo?

¿Qué resultados obtendría si utilizara perdigones de cualquier otro

material? explique.

Realice un análisis de las diferentes transformaciones de la energía que

se llevan a cabo en esta práctica.

Compare el valor obtenido con el valor aceptado, analice a que se debe

la diferencia y que podría hacer para obtener un mejor resultado.

EQUIVALENTE ELÉCTRICO DEL CALOR

OBJETIVOS

Comprobar la transformación de la

energía eléctrica en calor.

Verificar que hay una relación cuantitativa

entre trabajo eléctrico y calor.

MATERIALES



Calorímetro

Probeta

Fuente de poder (no incluida)

Multímetro (no incluido)

PROCEDIMIENTO

Con el multímetro halle el valor de la resistencia entre los electrodos 1 y 3, 2 y

3. Mida con la probeta 100 ml de agua y agréguelos al vaso interno del

calorímetro, coloque el termómetro en el orificio adecuado para ello y mida la

temperatura.

Gradúe la fuente de poder para obtener una salida de 12 voltios, haga la

conexión a la fuente de poder entre los electrodos 1 y 3, cierre el circuito

permitiendo el paso de la corriente por 3 minutos, agüe constantemente y mida

la temperatura final. Calcule el trabajo eléctrico:

Ee= V2 t

V Voltaje de alimentación R resistencia medida t tiempo

Calcule d calor ganado por el calorímetro:

Q= m.c.(T2-T1) + w(T2-T1) en calorías, donde:

Q calor en calorías

m masa del agua

c capacidad calorífica del agua

T2 temperatura final

TI temperatura inicial

w constante del calorímetro, calculada en prácticas anteriores. Halle el cociente

de ambos Ee/Q y compárelo con el valor aceptado de 4,185W/cal

OBSERVACIONES

¿A qué se debe el aumento de la temperatura del agua?

¿Qué ocurre cuando pasa el flujo eléctrico a través de la resistencia?

Compare el valor del equivalente eléctrico del calor hallado con el

aceptado ¿A qué se debe la diferencia?

¿Cuantos wattios se gastarían para elevar la temperatura de 500

gramos de agua de 5°C a 55°C?



FENÓMENOS TÉRMICOS EN VARIACIONES DEL ESTADO DE

AGREGACIÓN

La adición continua de calor a un sólido o un líquido, lo llevará al fin a un

cambio de estado. El comportamiento general de muchas sustancias puede ser

ilustrado por una descripción detallada de los cambios que ocurren con el más

común de todos los líquidos: el agua. En esta serie de experiencias se realiza

esta experiencia midiendo la temperatura durante todas las transformaciones

que sufre el agua.

El punto de fusión de una sustancia se define como la temperatura a la cual

una sustancia, bajo la presión atmosférica normal, cambia de estado sólido a

líquido.

El punto de ebullición se define como la temperatura a la cual una sustancia,

bajo la presión atmosférica normal, cambia del estado líquido al estado de

vapor. Estos fenómenos se verifican en la siguiente serie de prácticas, al igual

que la influencia de la presión sobre el punto de ebullición y la temperatura en

la viscosidad.

CAMBIOS DE ESTADO DEL AGUA



OBJETIVOS

Visualizar los cambios de estado de la materia en el agua

Establecer las diferencias entre fusión, vaporización y condensación.

MATERIALES

Soporte universal

Pinza para balones

Trípode

Mechero

Refrigerante recto


Hielo

PROCEDIMIENTO

Pique el hielo en trozos y colóquelos en el balón de destilación, lleve esto al

trípode y caliente, coloque un termómetro y mida la temperatura durante la

fusión del hielo, continúe midiendo la temperatura por un minuto cada 15

segundos.

Conecte el refrigerante al desprendimiento del balón y el termómetro por medio

de un tapón horadado en la boca del balón, siga calentando y mida la

temperatura cada minuto, cuando el agua comience a hervir permita el paso del

agua a través del refrigerante, continúe midiendo la temperatura y observe si

ésta varía durante la ebullición.

OBSERVACIONES

A nivel molecular ¿qué ocurre con las moléculas cuando hay un cambio

de estado?

Observe los datos de temperatura tomados ¿varía la temperatura

mientras el hielo se derrite?, ¿varía la temperatura mientras el agua

hierve?

¿Cesa la transferencia de calor en el momento que el hielo se derrite?

¿Cesa la transferencia de calor durante la evaporación continua del

agua?



Si el calor se sigue transfiriendo al fluido durante estos fenómenos ¿Por

qué no aumenta la temperatura?

TEMPERATURA DE FUSIÓN, CALOR DE SOLIDIFICACIÓN Y DE FUSIÓN

OBJETIVO

Verificar que durante la transición de un estado a otro la temperatura no

varía

MATERIALES


Plato calefactor

Agua

Tubo de ensayo

Parafina

2 termómetros

Agitador de vidrio

Pinza para tubos de ensayo

Pinza para bureta

Soporte universal

PROCEDIMIENTO

Caliente agua en el vaso de precipitados, llene el tubo de ensayo con trozos de

parafina y con la pinza introdúzcalo en el agua caliente del vaso de

precipitados, y luego que se funda permita que se caliente al menos un minuto

más.

Retire el tubo de ensayo con la parafina fundida sujételo al soporte universal

con la pinza para bureta e introduzca el termómetro de tal modo que el bulbo

quede en el centro, observe como la temperatura varía y en el momento en que

empiece a solidificarse la parafina, la temperatura mantiene constante, luego

de la solidificación total la temperatura nuevamente comienza a disminuir.

Coloque nuevamente agua a temperatura ambiente a calentar, introduzca el

tubo de ensayo con la parafina y el termómetro, además coloque dentro del



agua otro termómetro y con el agitador de vidrio agite constantemente. Tome

lectura y anote la temperatura del agua y de la parafina cada 30 segundos y

observe el estado de la parafina. Luego de que se funda la parafina retire el

termómetro y límpielo con un trozo de papel y luego con un trapo.

OBSERVACIONES

¿Durante la transición del estado sólido al líquido hubo algún cambio de

temperatura?

¿El valor de ésta fue el mismo que durante la transición del estado

líquido al sólido?

¿El que no haya cambio de la temperatura en estos puntos indica que

no hay transferencia de calor? explique.

¿De qué depende la cantidad de agua que se evapora?

MEZCLA FRIGORÍFICA

OBJETIVOS

Entender el fenómeno del calor de disolución

Conocer un método para conseguir temperaturas bajas

MATERIALES

Termómetro

2 vasos de precipitados

Agua

Cloruro de sodio

Nitrato de amonio

Hielo

2 termómetros

Agitador de vidrio

Soporte universal

Pinza para bureta

PROCEDIMIENTO



Mida 100 ml de agua en cada vaso de precipitados, pese 20 gramos de cloruro

de sodio y 20 gramos de nitrato de amonio.

Realice el montaje que se indica en la fotografía, para esto sujete el

termómetro con la pinza para buretas de tal modo que el bulbo quede inmerso

en el agua. Mida la temperatura del agua y agregue una cucharadita de sal,

agite hasta disolver y observe la temperatura, continúe agregando sal y

agitando constantemente.

Repita el procedimiento con el nitrato de amonio, agregando este a

cucharaditas, agitando constantemente y tomando lectura de la temperatura,

en cada caso anote la temperatura más baja. Machaque tres cubos de hielo y

colóquelos en un vaso de precipitados con 50 ml de agua, tome la temperatura,

añada 20 gramos de cloruro de sodio, agite y mida la temperatura

constantemente.

OBSERVACIONES

¿A qué se debe la disminución de la temperatura? explique.

¿Qué indica que las temperaturas de disolución sean diferentes para

cada sal?

¿Qué ocurre cuando agrega sal al hielo y por qué ocurre esto?

TEMPERATURA Y PRESIÓN DE VAPOR

OBJETIVO

Verificar el incremento de la presión de vapor con la temperatura

MATERIALES

Pulsómetro de Franklin

PROCEDIMIENTO

Tome con una mano el

pulsómetro de Franklin,

agarrándolo por uno de los bulbos y en forma tal que el tubo que los une quede

hacia abajo. Observe que el calor de la mano es suficiente para causar una



rápida evaporación, incrementando la presión de vapor en el bulbo que está en

contacto con ella, por lo que el líquido pasa al otro bulbo. Coja ahora el

pulsómetro del otro bulbo y observe que nuevamente se repite el proceso.

OBSERVACIONES

Antes de coger el pulsómetro ¿qué llena el espacio que no está ocupado

por el líquido?

Cuando se sostiene el pulsómetro por un buen tiempo de un solo bulbo

el sistema no muestra actividad ¿A qué se debe esto? explique.

El calor que transmite con su mano al inicio del experimento, cuando

pasa al líquido de un bulbo a otro, ¿incrementa la temperatura del

sistema? para responder esta pregunta piense que pasa con la

temperatura del agua cuando esta hierve en una vasija abierta y cuando

hierve en una olla a presión.

El pulsómetro está lleno de líquidos muy volátiles y el aire es

parcialmente evacuado, ¿con qué fin cree que se saca el aire antes de

cerrar el sistema?, ¿qué ocurriría si hubiera aire u otro gas dentro del

pulsómetro?

EFECTO DE LA PRESIÓN SOBRE EL PUNTO DE EBULLICIÓN

OBJETIVO

Observar qué efecto tiene la presión sobre el punto de ebullición

MATERIALES

Balón fondo redondo de 50 mi

Tapón de caucho

Trapo

Agua

Soporte universal

Pinza para bureta

PROCEDIMIENTO



Sujete el balón con la pinza y llénelo de agua

hasta tres cuartas partes. Realice el montaje

indicado en la figura y caliente el agua hasta que

hierva, en ese momento retire el mechero y tape

muy bien con el tapón de caucho, suelte la pinza

de la varilla e invierta de tal modo que el balón

quede boca abajo, sujete de nuevo a la varilla.

Finalmente, enfríe el balón con una espuma o

trapo húmedo y observe lo que sucede.

OBSERVACIONES

Luego de que hierve el agua y tapa

herméticamente, ¿qué queda en el balón?

¿Qué ocurre en el sistema cuando se enfría el balón?, explique.

VARIACIÓN DE LA DENSIDAD

OBJETIVO

Verificar que la densidad de un líquido varía con la temperatura

MATERIALES

Vaso de precipitados de 600 mi

Balón fondo redondo de 50 mi

Tapón de caucho para balón

Solución de azul de metileno

Agua

Trípode

Mechero

PROCEDIMIENTO

Llene el vaso de precipitados con agua y colóquelo

sobre el trípode, llene el balón con agua y coloréela

con unas gotas de solución de azul de metileno.



Selle el balón con el tapón y sumérjalo boca abajo en el vaso de precipitados,

verifique que el balón flote de manera que sobresalga someramente, para esto

agregue o retire agua del balón.

Finalmente, caliente el vaso y observe cómo el balón se hunde, luego permita

que se enfríe y observe cómo el balón asciende.

OBSERVACIONES

¿A qué se debe el extraño comportamiento del balón?

¿Por qué se calienta el aire de un globo aerostático?, ¿cómo se logra

que éste descienda o ascienda?

¿Está bien decir que densidad es función de la temperatura o se debe

decir que es función del calor? explique.

V. TRANSFERENCIA DEL CALOR

Existen tres formas de transferir el calor: Por convección, por conducción y por

radiación.

Convección: La manera más simple en la cual el calor puede ser transferido de

un lugar a otro es por el movimiento de una sustancia calentada. El movimiento

de esta sustancia calentada depende en este caso del cambio de densidad, el

cual toma lugar cuando la sustancia es calentada. Por ejemplo, cuando un

líquido o un gas es calentado, se expande y se vuelve más liviano que el gas o

líquido frío.

Conducción: Cuando una varilla es colocada sobre una llama, el calor se

conduce a lo largo de la varilla y luego de un tiempo la varilla entera se

calienta. En este caso el calor, que consiste en la vibración de las moléculas de

las cuales el cuerpo está constituido, es transmitido de una molécula a otra.

Cuando el calor, como en este caso es transferido de una parte del cuerpo a

otra sin un progresivo movimiento de las partes de las sustancia, se dice que

es transferido por conducción.

Radiación: Si una persona se encuentra en frente de un medio calefactor como

una estufa, recibe calor de la estufa a través del medio en un cuarto frío. La

diferencia de esta forma de conducción con las otras dos formas es el hecho



que el medio a través del cual la transferencia ocurre no es calentado. Así, la

tierra recibe grandes cantidades de calor del sol a través del frío espacio que

los separa.

TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN

OBJETIVO

Verificar la transferencia de calor

por convección natural.

MATERIALES

Aparato de flujo térmico

Soporte universal

Pinza de extensión con nuez

Mechero de alcohol

Solución de azul de metileno

Agua

PROCEDIMIENTO

Llene el aparato de flujo térmico con agua, inclínelo un poco y agregue unas

gotas de azul de metileno de forma que quede coloreada una zona del agua,

procure no agitar y arme el dispositivo como se indica en la figura, caliente la

punta opuesta al agua coloreada y observe lo que ocurre.

OBSERVACIONES

¿Qué ocurre cuando calienta el aparato de flujo térmico?

La densidad del agua dentro de este sistema, ¿es igual o varía en cada

tramo?

A partir de esta experiencia explique por qué existe el viento.

CORRIENTES DE CONVECCIÓN EN EL AIRE



OBJETIVOS

Observar como mediante el fenómeno de

convección se transmite el calor

Observar que mediante la convección se forma

el viento

MATERIALES

Soporte universal

Nuez sencilla


Trozo de hilo

Gancho sujetapapeles (clip)

PROCEDIMIENTO

Realice un ringlete en papel (como el de la

fotografía) Estire el clip y utilícelo como eje

entorchando una de las puntas para que el ringlete

no se desarme, cuélguelo del extremo puesto al hilo

que debe pender de la pinza sujetada con la nuez a

la varilla del soporte. Gradúe la altura a 30

centímetros de la base.

Coloque bajo el ringlete el mechero encendido, anote lo ocurrido.

OBSERVACIONES

Explique en qué forma se transporta el calor producido por la llama al

medio gaseoso.

¿Por qué gira el ringlete?

¿Qué podría ocurrir si la llama produjese frío?

ENERGÍA CORRIENTE DE VAPOR

OBJETIVO



Verificar cómo la energía interna del vapor de agua se puede utilizar en

la producción de energía mecánica (movimiento)

MATERIALES

Soporte universal

Nuez doble


Trozo de hilo

Clip o alfiler

Erlenmeyer con tapón horadado

Tubo de vidrio

Mechero

Malla

Trípode

PROCEDIMIENTO

Haga un ringlete de cartón o papel como el de

la fotografía, estire el clip y utilícelo como eje

entorchando una punta para que el ringlete no se desarme, el extremo del clip

asegúrelo con la pinza de madera para tubo de ensayo y la pinza sujétela con

la nuez en el soporte. Verifique que el ringlete gire al soplarlo con la boca.

Inserte el tubo de vidrio dentro del tapón de caucho, agregue 100 ml de agua

en el erlenmeyer y tápelo con el tapón de caucho, caliente con el mechero

hasta que se produzca vapor y tan pronto esté saliendo por la parte superior

del tubo arrímelo por debajo y a un lado del ringlete. Tome nota de lo que

ocurre.

OBSERVACIONES:

¿Por qué gira el ringlete?

¿Qué sucedería si se deja el sistema durante largo tiempo?

Investigue qué aplicaciones mecánicas tiene el vapor.

ABSORCIÓN Y REFLEXIÓN DEL CALOR RADIANTE



OBJETIVOS

Comprobar que una superficie brillante refleja el calor radiado

Comprobar que una superficie negra absorbe el calor radiado

MATERIALES

Vaso negro

Vaso brillante

2 termómetros

Mechero de alcohol

Tapones horadados

Agua

PROCEDIMIENTO

Llene con agua los vasos hasta la mitad,

coloque los tapones y los termómetros en

cada tapón, prenda el mechero, ubique los

dos vasos juntos y el mechero alejado 5 cm de ellos y formando un triángulo de

tal manera que su disposición sea equilibrada, tome la lectura marcada en cada

vaso al inicio de la práctica y luego de 5 minutos lea y anote nuevamente la

temperatura.

Si lo desea puede reemplazar mechero por una lámpara tratando de que la luz

incidente sea igual para los dos recipientes.

OBSERVACIONES

¿Cuál recipiente marca una mayor temperatura y por qué?

¿Cómo se propaga el calor por radiación?

¿Cómo nos llega el calor del sol?

Investigue y estudie la radiación de un cuerpo negro y la ley de Stefan-

Boltzman que relaciona la rapidez de radiación con la temperatura.

CONDUCCIÓN DE CALOR EN CUERPOS SÓLIDOS



OBJETIVOS

Verificar que la conductividad térmica es propia de cada sustancia

Observar que hay elementos aislantes y elementos conductores

MATERIALES

Aparato de Ingenhouz


Parafina

Plato calefactor

Mechero

Trípode

Tapa de gaseosa o otro recipiente

metálico pequeño

Parafina

PROCEDIMIENTO

Retire las varillas de diferentes materiales del aparato. Coloque a calentar 200

ml de agua en el trípode y el mechero, derrita un trozo de parafina en la tapa de

gaseosa e introduzca la punta superior de cada varilla en la parafina,

permitiendo que se enfríe y repita el procedimiento de tal manera que se forme

una capa gruesa de parafina.

Inserte nuevamente las varillas en la tapa del aparato de Ingenhouz teniendo

cuidado de no desprender la capa de parafina. Agregue agua caliente al vaso y

coloque la tapa con las varillas y el termómetro, observe el orden en que se

derrite la parafina y anote la temperatura a la cual sucede.

OBSERVACIONES

¿En qué orden se derrite la parafina en las diferentes muestras?

¿Con qué material de las muestras usadas haría usted un termo?

explique.



¿Cómo se conduce el calor en las sustancias sólidas?

¿Cuáles son las diferencias entre las diferentes formas de propagación

de calor?

INTERCAMBIO DE CALOR

OBJETIVOS

Conocer una de las operaciones más usuales en la industria

Analizar claramente el fenómeno

de transferencia de calor

MATERIALES

Soporte con varilla

Trípode

Refrigerante recto

Turbina de Nerón

Radiador montado sobre panel

Manguera de caucho

Tintura de azul de metileno

Agua

Pinza para balones

Pinza para bureta

PROCEDIMIENTO

Conecte el intercambiador con el tubo interno del refrigerante recto, llene de

agua este sistema y coloque unas gotas de solución de azul de metileno en la

boca ancha del refrigerante, proceda a cerrar este sistema utilizando un tapón

horadado con un trozo de tubo de vidrio, se debe evitar que queden zonas con

aire.

Conecte las mangueras entre la turbina de Herón y la camisa del refrigerante

recto, llene de agua y agregue unas gotas de cualquier otro colorante, al agua

del balón de la turbina, arme el montaje que se indica en la figura y proceda a

calentar la base de la turbina.



OBSERVACIONES

¿Qué indica la coloración luego de unos minutos, de todo el sistema?

¿Dónde ocurre la transferencia de calor y en qué formas se da?

¿Cómo haría para determinar la cantidad de calor que se transfiere y la

que se pierde?

¿Qué podría hacer para lograr una mayor eficiencia en la transferencia

de calor?

TRABAJO DEL TUBO DE VIDRIO

OBJETIVO

Aprender a cortar tubo de vidrio, a doblarlo, a

estirarlo y a redondear los bordes por fusión.

MATERIALES

Mechero de gas

Lima triangular

Tubo de vidrio

FIGURA 1

PROCEDIMIENTO

Incorrecto

Correcto

Antes de trabajar con el vidrio se debe tener

encuentra que el vidrio caliente no se distingue del

vidrio frío, por lo que después de calentar un

elemento de vidrio se debe dejar enfriar por al menos

3 minutos, antes de manipularlo.

FIGURA 2

Correcto



Incorrecto

Para cortar un tubo de vidrio hay que colocarlo sobre la mesa teniéndolo con la

mano izquierda y apoyando sobre él la arista de la lima triangular, con la cual

se hace una incisión moviendo la lima por 304 veces. Después sostenga el

tubo de vidrio de manera que los extremos de los pulgares queden en contacto

con la parte posterior de la incisión Figurat, simultáneamente se flexiona el tubo

hacia afuera.

FIGURA 3

FIGURA 4

Se consigue doblar fácilmente un tubo de vidrio de la siguiente forma: tome un

trozo de tubo de 10 cm de longitud, caliente en la parte media una zona de tres

centímetros, gírelo constantemente hasta que este reblandecido; entonces tape

un orificio con el dedo índice de la mano izquierda y lleve el otro extremo a la

boca. Dóblelo según el ángulo deseado al tiempo que sopla aire dentro del

tubo, de tal manera que se ejerza una presión interna impidiendo que en la

zona donde se dobla colapse el vidrio. Tenga cuidado de no soplar más de lo

necesario pues se formará una burbuja en la zona calentada, repita el

procedimiento hasta dominarlo, figura 2 Si necesita un tubo terminado en

punta, se calienta un trozo de tubo de vidrio de 10 cm en su parte media

retándolo constantemente en una zona de 2 cm, hasta que esté completamente

reblandecido. Retírelo de la flama y estírelo con suavidad hasta lograr la forma

correcta ilustrada en la figura 3. Corte el tubo estirado en el punto donde se

inicia el diámetro menor de la parte alargada. Cuando estén fríos los tubos,

caliente los extremos con el fin de fundir los bordes cortantes.

Para introducir un tubo en un tapón de caucho, se debe mojar primero el tubo

de vidrio y cogerlo con un trapo por el extremo que se va a introducir,

permitiendo que asome solo la punta, la que se apoya ejerciendo fuerza y

rotándolo. Figura 4

OBSERVACIONES

¿Qué elementos de vidrio del material laboratorio no se deben calentar y

por qué?

Investigue los componentes del vidrio.



ESTUDIO DE LA LLAMA

OBJETIVO

Detallar la llama que se va a usar en diferentes trabajos de laboratorio y

analizarla, observando las diferentes zonas de que consta.

MATERIALES

Vela

Fósforos

Mechero de alcohol

PROCEDIMIENTO

Encienda la vela y observe los colores de la

llama. Determine las zonas de la llama, a saber:

Zona oxidante (poco luminosa, muy caliente)

Zona reductora (brillante)

Zona oscura (temperatura baja)

Zona azul

OBSERVACIONES

¿Por qué se desprende calor cuando arde una vela? y ¿por qué una

vela necesita un fósforo o un encendedor para arder?

¿Cuál es la función del fósforo?

¿Cuál es la función de la mecha en la vela?

¿Después de analizar la llama de la vela y del mechero de alcohol,

¿puede afirmar que son iguales?, ¿tienen las mismas zonas?

En cuál de las zonas la combustión es

completa? ¿por qué?

¿Cuántos conos o zonas distinguió?

EL PSICRÓMETRO

OBJETIVO

Comprobar el funcionamiento de este



instrumento, diseñado para medir la humedad relativa de la atmósfera.

MATERIALES

Soporte con varilla

Vaso de precipitado 600 mi

2 termómetros

Compresa de gasa

Varilla para soporte


Pinza de extensión

Nuez doble

PROCEDIMIENTO

Realice el montaje tal como aparece en la gráfica teniendo en cuenta cubrir con

la compresa de gasa húmeda el bulbo del termómetro sumergido en el vaso

con agua.

OBSERVACIONES

La evaporación del agua enfría el termómetro que tiene la compresa y

esta evaporación es más rápida cuando el aire está seco; así el

enfriamiento que experimenta el termómetro depende del estado

higrométrico del aire que le rodea. La diferencia

entre los dos puede servir de base para deducir la humedad relativa del

aire. Realice la práctica teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

Lecturas:

El termómetro seco

El termómetro húmedo

Diferencia de la temperatura

Cálculos:

Humedad relativa de aire

HR = Presión de vapor del agua

Máxima presión a la temperatura.

¿Qué significado tiene la expresión "humedad relativa 70%" ?.

Explicar el significado de:



Presión de vapor

Tensión máxima de vapor de agua.

¿Cómo ha sido posible provocar la lluvia artificial?

¿Por qué el fenómeno helada quema las hojas de las plantas?

Explique en qué consiste el estado higrométrico.

BIBLIOGRAFÍA

TOMADO DE:

ABC LABORATORIOS S.A – 2006 – Quito – Ecuador




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Calorimetría