Practica 3 (2016)

Pràctica Español
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Física
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 13/06/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós PRACTICA 3: CALORÍMETRIA 1.- INTRODUCCIÓ a) Objectius: Calcular l'equivalent en aigua d'un calorímetre de mescles i mesurar el calors específics dels sòlids problema (ferro, alumini i coure).
b) Fonament teòric: La quantitat de calor que absorbeix o cedeix un cos que es posa en contacte amb altre a diferent temperatura es proporcional a la massa d'aquest, m, y a la variació de la temperatura que hi experimenta, ΔT: Q = mce ∆T (1.1) sent c el calor específic del cos, que es una constant de proporcionalitat que depèn de la natura del cos.
Es defineix el calor específic d'un cos com la quantitat de calor necessari per a incrementar un grau la temperatura d' 1 kg del mateix. En general, el calor específic es funció de la temperatura, però en aquest cas la variació que es produeix es despreciable.
Un mètode pràctic per la determinació de calors específics de sòlids i líquids es el de les mescles, que es realitza mitjançant un calorímetre i que consisteix en que si es mesclen dos sistemes a diferent temperatura en un medi adiabàtic, la variació total de calor deu ser nul·la: ΔQ = Q1 + Q 2 = 0 (1.2) Mitjançant l'equació (1.1) podem substituir a la segona equació (1.2) que quedarà de la següent forma: m1 c1 ∆T1 = m2 c2 ∆T2 = 0 (1.3) Generalment, un dels cossos es aigua, de massa ma , calor específic ca i temperatura inicial Ta .
El cos problema tindrà massa ms , calor específic cs y temperatura inicial Ts .
D'altra banda, el calorímetre amb tots els seus elements interiors (parets, termòmetre i agitador) absorbeix una quantitat de calor que influeix, necessariament, als balanços de calor.
Per considerar aquesta influencia s'introdueix el terme denominat equivalent en aigua del calorímetre, K, que es defineix com la massa d'aigua que hauria que afegir al sistema per que tinguera exactament la mateixa influencia en el desenvolupament dels intercanvis calorífics que ocorren a l'interior del calorímetre, que la que tenen eixos elements. Per tant, K es sumarà a la massa d'aigua corresponent.
Així, el valor de k haurà de tindre's en compte per calcular la variació del calor en (1.2): Q1 + Q 2 + 𝑘 = 0 (1.4) Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós Tenint en compte açò, la expressió (1.3) pot posar-se expressant la temperatura final de l'equilibri (TF ): (1.5) 𝑚𝑎 + 𝑘 𝑐𝑎 𝑇𝐹 − 𝑇𝑎 + 𝑚𝑠 𝑐𝑠 𝑇𝐹 − 𝑇𝑠 = 0 El càlcul de K es realitza mesclant dos masses d'aigua m1 y m a diferent temperatura, T, y T2, respectivament. El sistema arriba a una temperatura final de equilibri, T. Aplicant la expressió anterior: 𝑘= 𝑚2 𝑇2 − 𝑇𝐹 − 𝑚1 𝑇𝐹 − 𝑇1 (1.6) El valor de k es sumarà a la massa d'aigua emmagatzemada en el calorímetre.
L'expressió (1.5) ens persisteix trobar els calors específics de sòlids i líquids: 𝑐= (𝑚 𝑎 +𝑘)𝑐𝑎 (𝑇𝑎 −𝑇𝐹 ) 𝑚 𝑠 (𝑇𝐹 −𝑇𝑠 ) (1.7) Calcularem també els errors associats a les mesures així com la dispersió i l'error d'aquesta: 𝜀(𝑡𝑒𝑟𝑚 ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑒 ) = 0.1(º𝐶) 𝜀(𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑧𝑎) = 0.1(𝑔) 𝐷𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 = max − 𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑒𝑑 𝜀 𝐷 = 𝑚𝑎𝑥 −𝑚𝑖𝑛 4 𝑡2 = 𝑡 ambient = 21.83 °C 𝜀𝑟 = 𝜀 (𝑥) 𝑥 Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós 2.‐ DESENVOLUPAMENT EXPERIMENTAL Càlcul del equivalent en aigua del calorímetre Taula 1 valors de les diferents masses d'aigua respecte a m i t 1 2 3 𝒎𝟏 (200.0±0.1)g (199.7±0.1)g (199.6±0.1)g 𝑻𝟏 (23.1±0.1)ºC (23.0±0.1)ºC (23.1±0.1)ºC 𝒎𝟐 (150.0±0.1)g (149.7±0.1)g 150.3±0.1)g 1 2 3 𝑻𝟐 (50.1±0.1)ºC (50.0±0.1)ºC (49.9±0.1)ºC 1 2 3 𝑻𝑭 (33.3±0.1)ºC (33.3±0.1)ºC (33.2±0.1)ºC 1 2 3 𝑻𝑭 (24.6 ±0.1)ºC (24.7±0.1)ºC (24.8±0.1)ºC 1 2 3 𝑻𝑭 (26.6±0.1)ºC (26.5±0.1)ºC (26.6±0.1)ºC Càlcul específic de sòlids Cu Taula 2 valors de m i t de la massa d'aigua i del coure 1 2 3 𝒎𝒂 (150.0±0.1)g (150.2±0.1)g (150.1±0.1)g 𝑻𝒂 (23.3±0.1)ºC (23.3±0.1)ºC (23.4±0.1)ºC 𝒎𝒔 (59.9±0.1)g (59.8±0.1)g (60.0±0.1)g 1 2 3 𝑻𝒔 (100±0.1)ºC (100±0.1)ºC (100±0.1)ºC Fe Taula 3 valors de m i t de la massa de l¡aigua i l'alumini 1 2 3 𝒎𝒂 (150.3±0.1)g (150.7±0.1)g (150.3±0.1)g 𝑻𝒂 (24.1±0.1)ºC (24.1±0.1)ºC (24.0±0.1)ºC 1 2 3 𝒎𝒔 (60.1±0.1)g (60.0±0.1)g (59.9±0.1)g 𝑻𝒔 (100±0.1)ºC (100±0.1)ºC (100±0.1)ºC 1 2 3 𝒎𝒔 (59.9±0.1)g (60.0±0.1)g (60.0±0.1)g 𝑻𝒔 (100±0.1)ºC (100±0.1)ºC (100±0.1)ºC Al Taula 4 valors de m i t del ferro i l'aigua 1 2 3 𝒎𝒂 (150.0±0.1)g (150.1±0.1)g (150.2±0.1)g 𝒂 (23.3±0.1)ºC (23.4±0.1)ºC (23.4±0.1)ºC 1 2 3 𝑻𝑭 (28.1±0.1)ºC (28.1±0.1)ºC (28.0±0.1)ºC Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós 3.- RESULTATS I ANÀLISI Càlcul del equivalent en aigua del calorímetre 𝑚1 = 199.76g 𝐷= 200 −199.6 199.76 = 2.0 · 10−3 𝐷= 23.1 −23.0 23.06 Mesura Final 𝑇1 = (296.06±0.1)ºC 𝑚2 = 150g 𝐷= 150 .3 − 149.7 150 𝑇2 = 50.0ºC = 323K 𝐷= 50.1 − 49.9 50 𝑇𝐹 = 33.26ºC = 306K 𝐷 = 33.3 − 33.2 33.26 k= 150 323−306 306−296.06 𝜀𝐷 = 23.1−23.0 4 150.3−149.7 4 𝜀 𝐷 = 50.1−49.9 4 0.1 𝜀𝑟 = 199.76 =5.0· 10−4 = 0.025 𝜀𝑟 = 0.1 = 4.33 · 10−3 23.06 = 0.15 0.1 𝜀𝑟 = 150 = 6.66 · 10−4 = 0.05 𝜀𝑟 = 0.1 50 = 2 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.05 = 0.1 33.3−33.2 4 = 0.025 0.1 𝜀𝑟 = 33.26 = 3 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 − 199.76 = 56.77 𝜀𝑟 𝑘 = 𝜀𝑟 𝑚1 + 𝜀𝑟 𝑇1 + 𝜀𝑟 𝑚2 + 𝜀𝑟 𝑇2 + 2𝜀𝑟 𝑇𝐹 =0.013 𝜀𝑎 𝑘 =0.73 = 0.1 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.15 = 0.1 = 3 · 10−3 𝜀 𝐷 = Mesura Final 𝑇𝐹 = (33.3±0.1)ºC 200−199.6 4 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 = 4 · 10−3 Mesura Final 𝑇2 =(50.0±0.1)ºC = = 4.34 · 10−3 𝜀 𝐷 = = 4 · 10−3 Mesura Final 𝑚2 =(150.00±0.15)g 𝐷 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.1 = 0.1 Mesura Final 𝑚1 =(199.8±0.1)g 𝑇1 = 23.06ºC = 296.06K 𝜀 K = 56.77±0.07 Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós Càlcul específic de sòlids Cobre (Cu) 𝑚𝑎 =150.1g 𝐷= 150 .2 − 150 150 .1 = 1.33 · 10−3 23.4−23.3 23.33 𝐷= 60−59.8 59.9 100 −100 100 =0 Mesura Final 𝑇𝑠 =(100.0±0.1)ºC 𝑇𝐹 =24.7ºC=297.7K 𝐷 = 24.7 0.1 𝜀𝑟 = 150.1=6.66· 10−4 23.4−23.3 4 = 0.025 𝜀𝑟 = 0.1 23.33 = 4.28 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 60−59.9 4 0.1 = 0.05 𝜀𝑟 = 59.9 = 1.66 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.05 = 0.1 𝜀𝐷 =0 0.1 𝜀𝑟 = 100 = 1 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0 = 0.1 24.8−24.6 = 8.09·4.28 · 10−3 𝜀 𝐷 = Mesura Final 𝑇𝐹 =(24.7±0.1)ºC c= 150.2−150 =0.05 4 = 3.33 · 4.28 · 10−3 𝜀 𝐷 = Mesura Final 𝑚𝑠 =(59.9±0.1)g 𝑇𝑠 =100ºC=373K 𝐷 = = = 4.29 · 10−3 𝜀 𝐷 = Mesura Final 𝑇𝑎 =(23.3±0.1)ºC 𝑚𝑠 =59.9g 𝐷 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.05 = 0.1 Mesura Final 𝑚𝑎 =(150.1±0.1)g 𝑇𝑎 =23.33ºC=296.33K 𝐷 = 𝜀 24.8−24.6 4 0.1 = 0.05 𝜀𝑟 = 24.7 = 4.04 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.05 = 0.1 150.1 − 56.7 4.18(296.33 − 297.7) J J = 0.2624 gK · 63.546 = 16.6744 molK 59.9(297.7 − 373) Mr(Cu):63.546 𝜀𝑟 𝑐 = Ʃ𝑟 = 0.0286 𝜀𝑎 (𝐶𝑢) = 0.476 C(Cu) =(16.7±0.5) J/molK Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós Ferro (Fe) 𝑚𝑎 =150.43g 𝐷 = 150 .7−150 .3 150 .43 = 2.65 · 10−3 𝜀 𝐷 = 24.1−24.0 24.06 = 4.15·10−3 𝜀 𝐷 = 60.1−59.9 60 =3.33·10−3 𝜀 Mesura Final 𝑚𝑠 =(60.0±0.1)g 𝑇𝑠 =100ºC=373K 𝐷 = 100 −100 100 =0 26.56 𝑐= 𝐷 = 60.1−59.9 = 4 𝜀𝐷 =0 26.6−26.5 Mesura Final 𝑇𝐹 =(26.56±0.1)ºC 0.1 = 0.025 𝜀𝑟 = 24.06 = 4.15·10−3 0.05 𝜀𝑟 = 0.1 60 = 1.66·10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.05 = 0.1 Mesura Final 𝑇𝑠 =(100.0±0.1)ºC 𝑇𝐹 =26.56º𝐶 = 299.56𝐾 𝐷 = 24.1−24.0 4 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 Mesura Final 𝑇𝑎 =(24.1±0.1)ºC 𝑚𝑠 =60g 𝐷 = 0.1 = 0.1 𝜀𝑟 = 150.43 =6.64·10−4 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.1 = 0.1 Mesura Final 𝑚𝑎 =(150.4±0.1)g 𝑇𝑎 =24.06ºC=297.06K 𝐷 = 150.7−150.3 4 0.1 𝜀𝑟 = 100 = 1 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0 = 0.1 = 3.76·10−3 𝜀 𝐷 = 26.6−26.5 4 = 0.025 𝜀𝑟 = 0.1 26.56 = 3.76·10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 (150.43 + 56.7)4.18(297.06 − 299.56) J J = 0.4912 gK · 55.874 = 27.429 molK 60(299.56 − 373) Mr(Fe): 55.847 𝜀𝑟 𝑐 = Ʃ𝑟 = 0.0279 𝜀𝑎 (𝐹𝑒) =0.765 C(Fe) =(27.4±0.8) J/molK Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós Alumini (Al) 𝑚𝑎 =150.1g 𝐷 = 150 .2−150 .0 150 .1 = 1.33· 10−3 𝜀 𝐷 = Mesura Final 𝑚𝑎 =(150.1±0.1)g 𝑇𝑎 23.33ºC=296.33K 𝐷 = 23.4−23.3 23.33 60.0−59.9 59.99 = 1.66·10−3 𝜀 100 −100 100 0.1 𝜀𝑟 = 150.1 =6.66·10−3 𝐷 = 23.4−23.3 4 = 0.025 𝜀𝑟 = 0.1 23.33 = 4.28·10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 𝐷 = 60−59.9 = 4 0.1 0.025 𝜀𝑟 = 59.99=1.66·10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 Mesura Final 𝑚𝑠 =(60.0±0.1)ºC 𝑇𝑠 =100ºC=373K 𝐷 = = 0.05 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.05 = 0.1 = 4.28·10−3 𝜀 Mesura Final 𝑇𝑎 =(23.3±0.1)ºC 𝑚𝑠 =59.99g 𝐷 = 150.2−150.0 4 𝜀𝐷 =0 =0 𝜀𝑟 = 0.1 100 = 1 · 10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0 = 0.1 Mesura Final 𝑇𝑠 =(100.0±0.1)ºC 𝑇𝐹 =28.06ºC=301.06K 𝐷 = 28.1−28 28.06 Mesura Final 𝑇𝐹 =(28.1±0.1)ºC 𝑐= =3.56·10−3 𝜀𝐷 = 28.1−28 4 0.1 = 0.025 𝜀𝑟 = 28.06 = 3.56·10−3 𝜀𝑚𝑎𝑥 𝜀𝑥 𝜀𝐷 = 0.1,0.025 = 0.1 (150.1 + 56.7)4.18(296.33 − 301.06) J J = 0.9471 gK · 26.982 = 25.554 molK 59.99(301.06 − 373) Mr(Al): 26.982 𝜀𝑟 𝑐 = Ʃ𝑟 = 0.0277 𝜀𝑎 (𝐴𝑙) =0.7078 C(Al) =(25.6±0.7) J/molK Marian Simarro González Marina Sánchez Amorós 4.- CONCLUSIONS Càlcul del equivalent en aigua del calorímetre Com que la constant K es pròpia de cada calorímetre, no podem determinar l'exactitud del valor que hem obtingut (56.77) Càlcul específic de sòlids D'acord amb la llei de Dulong-Petit, el calor específic molar de la major part dels sòlids, a temperatura ambient es quasi constant, per la qual coa tenen una capacitat calorífica propera a 3R.
Com que R= 8.31434 J/molK, 3R=24.94 J/molK i per tant, podem afirmar que els valor dels calors específics del sòlids problema (Al i Fe) s'apropen a aquest valor, però el coure no s'apropa tant, la qual cosa indica que s'ha degut cometre algun error a les mesures al no agafar tots els decimals necessaris i per que el calorímetre estava un poc rovellat Gravetat 3R C(Cu) C(Fe) C(Al) 24.94 J/molK (16.7±0.5) J/molK (27.4±0.8) J/molK (25.6±0.7) J/molK Taula 5. Comparació dels valors obtinguts del calor específic amb 3R 5- REFERÈNCIES www.eiu.cl http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/dulong.html#c1 www.ign.es http://www.centrocristal.com.ar/Productos/propiedades_generales_del_vidrio.htm Ortega, Manuel R. (1989-2006). Lecciones de Física http://www.tendencias21.net/Ya-se-puede-medir-la-gravedad-exacta-de-cualquier-lugar-del-mundodesde-casa_a1609.html http://intercentres.edu.gva.es/iesleonardodavinci/Fisica/Campo_gravitatorio/Campo_gravitatorio06.ht m "Equivalente en agua de un calorímetro" Luis Díaz, Wuilfran Peralta, Wesley Hernandez, Moises Lopez; Laboratorio de Física de Calor y Ondas, Corporación Universitaria de la Costa, Barranquilla "Física: curso de orientación universitaria" Jose A.Ibañezz Mengual, Ernesto Martin Rodríguez, Jose M. Zamarro Minguell ...