UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

Laboratorio de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo

Práctica 4: “Temperatura y calor”

Grupo # 7

Profesora. María del Carmen Melo Díaz

Brigada # 1

INTEGRANTES:

Chibras Guillermo Luis Javier

Rodríguez Herrera Tonatiuh

Romero Hurtado Eduardo David

Olguin Cabrera Armando Isais

FECHA DE REALIZACIÓN:

24 de Febrero de 2015.

FECHA DE ENTREGA:

3 de Marzo de 2015.

Objetivos

a) Obtener el modelo gráfico del calor suministrado (Q) en función de la temperatura (T) de una sustancia.

b) Obtener el modelo matemático de la gráfica del inciso anterior.c) Determinar la capacidad térmica (C) y la capacidad térmica específica a presión

constante (cP) de la sustancia empleada.d) Calcular el error de exactitud en la obtención de la capacidad térmica específica

del agua, en su fase líquida.

Equipo y materiales necesarios

1 calorímetro con tapa, agitador y resistencia de inmersión1 vaso de precipitados de 600 [ml]150 [g] de agua líquida1 balanza de 0 a 610 [g]1 fuente de poder con amperímetro y voltímetro2 cables de conexión largos1 termómetro de inmersión de – 20 a 150 [°C]1 cronómetro digital1 jeringa de 10 [ml]

Actividad 1

Mida una masa de 150 [g] de agua en su fase líquida y mida su temperatura. Esta masa debe ser suficiente para cubrir totalmente la resistencia de inmersión, integrada a la tapa del calorímetro. Tenga mucho cuidado de no dar energía a la resistencia cuando esté fuera del líquido. Temperatura (T) del agua: ______21_____ [°C]

Actividad 2

Arme el dispositivo experimental mostrado en el diagrama. Verifique que la resistencia de inmersión esté cubierta por el líquido. Una vez cerrado el circuito, sin dejar de agitar suavemente el contenido del calorímetro, espere a que la temperatura del agua sea de un par de grados [°C] por arriba de la que midió en la actividad anterior.

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Considerando que esta última será la temperatura inicial de la sustancia y que a partir de este instante (t 0 =0) se empieza a medir el tiempo, llene la tabla que a continuación se muestra. No deje de agitar el contenido y considere que el funcionamiento del cronómetro debe ser continuo así como el de la fuente de poder.

T [°C] ΔT [°C] Δt [s] Vab [V] I [A] Q [J]

23 0 0 5.9 2.5 0

25 2 97.71 5.9 2.5 1441.2225

27 4 205.85 5.9 2.5 3036.2875

29 6 316.27 5.9 2.5 4664.9825

31 8 410.85 5.9 2.5 6060.0375

33 10 538.74 5.9 2.5 7946.415

Actividad 3

Con base en la tabla anterior, dibuje el modelo gráfico del calor suministrado (Q), en [J], en función de la temperatura (T), en [°C], del agua. Con el método de mínimos cuadrados, determine también el modelo matemático de dicha función.

x [T] y [Q] xy x²

Temperatura 1 23 0 0 529

Temperatura 2 25 1441.2225 36030.5625 625

Temperatura 3 27 3036.2875 81979.7628 729

Temperatura 4 29 4664.9825 135284.4925 841

Temperatura 5 31 6060.0375 187861.1625 961

Temperatura 6 33 7946.4150 262231.6950 1089

Sumatoria 168 23148.9450 703387.6750 4774

m=6(703387.675)−(168)(23148.945)

6 (4774 )−(168) ²=331303.29

420=788.8173

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b=23148.945(4774 )−168(703387.675)

6(4774)−(168)²=−7656065.97

420=−18228.7285

La ecuación de la mejor recta buscada es: y=788.817 3 x−18228.7285

Actividad 4

Apoyándose en el modelo matemático anterior, determine la capacidad térmica y la capacidad térmica específica a presión constante de la sustancia. No olvide las unidades correspondientes.

Capacidad térmica (C): 788.8173JΔ°C

Capacidad térmica específica a presión constante (cP):

pendientemasa

=788.81730.15

=5258.782J

kg°C

Actividad 5

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Calcule el porcentaje de exactitud en el valor de la capacidad térmica específica a presión constante del agua en su fase líquida. Considere que el valor patrón de esta propiedad es cP = 4186 [J/(kg Δ°C)]

%E=¿Vp−Vt∨ ¿Vp

(100)=¿4186−5258.782∨ ¿41 86

(100)=25.62 % ¿¿

Expresiones matemáticas necesarias

{Q} = P Δt P = Vab I {Q}sensible = m cP ΔT

Método de mínimos cuadrados:

m=n∑ x i yi−(∑xi)(∑ yi)n∑ x i ²−(∑xi) ²

b=(∑ yi)(∑xi ²)−(∑xiyi )(∑xi)

n∑ x i ²−(∑xi) ²

Cuestionario

1. Con base en la actividad 1, ¿cómo podría explicarse la ley cero de la termodinámica?

La ley cero nos dice que dos cuerpos que estén en contacto aumentan o disminuyen su temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico (esto es que ambos se encuentren al misma temperatura). En la actividad 1 pudimos constatar lo al agregar agua al calorímetro y posteriormente introducir el termómetro que nos permitió medir la temperatura del sistema (agua y calorímetro).

2. Exprese el resultado de la actividad 1 en la escala de temperatura absoluta del SI.

294.15 [K]

3. Haga la gráfica de calor suministrado (Q) en función de la temperatura de la sustancia (T) de manera que ambas variables estén en el SI.

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T (K) Q(J)

296.15 0

298.15 1441.225

300.15 3036.288

302.15 4664.983

304.15 6060.038

306.15 7946.415

4. Compare la gráfica del punto anterior con la que obtuvo en la actividad 3, ¿qué puede concluir?

La pendiente es casi la misma por lo que el intervalo de la diferencia de calor es igual.

5. Clasifique las propiedades de la actividad 4 en intensivas o extensivas. Justifique su respuesta.

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La capacidad térmica es una propiedad extensiva ya que su valor depende de la masa de la sustancia, a mayor cantidad de masa más energía calorífica se necesita para elevar su temperatura. Ya que la capacidad térmica se define como la cantidad de energía necesaria para elevar su temperatura en un grado Celsius.

La capacidad térmica específica es de tipo intensiva ya que no depende de la cantidad de masa de la sustancia. La capacidad térmica se define como la cantidad de energía necesaria para elevar en un grado la temperatura de una masa unitaria

6. ¿Es la temperatura una propiedad intensiva o extensiva? Explique.

Es una propiedad intensiva ya que la temperatura de un cuerpo no varía independientemente de la cantidad de sustancia que usemos.

Intensiva porque no depende de la cantidad de masa ni del tamaño del cuerpo, es igual en todos los puntos del cuerpo

7. ¿Es el calor una propiedad de las sustancias? ¿Por qué?

No, Porque no depende del tipo de sustancia

8. Elabore una tabla donde se indiquen las cantidades físicas involucradas en esta práctica, sus unidades y su expresión dimensional (ambas en el SI).

Unidades Dimensión

Capacidad térmica J° K

= kgm ²s ² ° K

ML2T-2Θ-1

Capacidad térmica Específica

Jkg°K

= m ²s ² ° K

L²T-2Θ-1

Conclusiones

A través de este experimento pudimos obtener el modelo gráfico y matemático del calor suministrado lo que nos permitió determinar la capacidad térmica y la capacidad térmica específica. Al analizar los resultados se vuelve evidente que los datos arrojados

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difieren de la cantidad de referencia lo que indica que el porcentaje de error fue elevado lo que atribuyó a errores de paralaje. Pese a todo, esta práctica nos permitió notar que la capacidad térmica es una propiedad extensiva ya que depende de la masa y que la capacidad térmica específica es una propiedad intensiva que no depende de la masa.

Chibras Guillermo Luis Javier

La temperatura no es una propiedad física intensiva puesto que no depende de la masa ni de la cantidad de sustancia, en cambio la capacidad térmica y la capacidad térmica específica si consideran la masa. Lo que puedo concluir con respecto al análisis de la gráfica es que el calor y la temperatura tienen una relación directamente proporcional ya que la gráfica se comportó de manera casi lineal.

Rodríguez Herrera Tonatiuh

En la práctica analizamos de manera práctica lo que es la temperatura y el calor, usando el concepto de capacidad térmica y capacidad térmica específica. En la práctica obtuvimos un porcentaje de error un poco alto, esto se pudo haber debido a una mala sincronización al momento de tomar los datos, debido a que cada uno de los miembros del equipo estaba tomando una lectura diferente, mientras uno leía el termómetro otro tomaba el tiempo y esto causó que el porcentaje de error estuviera alto. Pero pese a todo nos dimos cuenta que para subir la temperatura del agua es necesario administrarle una fuerte cantidad de energía, con este simple experimento podemos deducir por qué muchos científicos están preocupados por la subida de temperatura de los mares, el hecho de que la temperatura de los mares subiera tan solo un grado, nos dice que el agua está absorbiendo increíbles cantidades de calor y esto hay que tomarlo mucho en cuenta.

Romero Hurtado Eduardo David

Para poder comprender el comportamiento de la transferencia de energía en forma de calor, se realizaron los experimentos, esto permitió ver la relación entre calor y temperatura, a partir de los datos se realizaron las gráficas, mostrando el calor suministrado en función de la temperatura. También se realizó el modelo matemático, usando el método de cuadrados mínimos, para obtener un modelo lineal. Con los datos que se obtuvieron de manera experimental se determinó la capacidad térmica (C) y la capacidad térmica específica a presión constante (cP) del agua. Estas capacidades térmicas estuvieron alejadas a la cantidad de referencia que se ha establecido, esto debido a errores al tomar las mediciones. Los puntos obtenidos experimentalmente se encuentran muy lejos de formar una línea recta, esto es debido a que en el proceso de recopilación de datos no se realizó la agitación del agua de manera correcta

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provocando que la temperatura no fuera uniforme en el líquido lo que finalmente ocasionó que al momento de realizar el ajuste por cuadrados mínimos se obtuviera un valor diferente al esperado en la capacidad térmica (pendiente de la recta). Finalmente al momento de obtener el valor de la capacidad térmica específica del agua, esto es dividiendo el valor de la pendiente obtenida entre el valor de la masa, se obtuvo un valor considerablemente diferente al valor de referencia

Olguin Cabrera Armando Isais

Bibliografía.

● Moran ,M.J. Shapiro, H.N. : Fundamentos de Termodinámica Técnica. Ed.

Reverte, 1999.

● Wark, K. Richards, D.E.: Termodinámica, 6a Edición Mc Graw-Hill, 2001

● Cengel, Y. A.; Boles, M.A.: Termodinámica. Mc Graw-Hill, 1996.

● MÉTODO DE MÍNIMOS CUADRADOS, Ing. Martín Bárcenas Escobar e Ing.

Gabriel A. Jaramillo Morales

● Resnick, Halliday, S.K.: Física Vol.1, 4ta Edición México Compañía Editorial

Continental, 1999

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