Calor específico del etilenglicol por calentamiento

Termodinámica. Entalpía específica. Vaso Dewar

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23.Determinación del calor especifico del etilenglicol por el método del calentamiento.

En esta práctica pretendemos determinar el calor específico a presión constante del etilenglicol (o entalpía específica del mismo). Para ello utilizaremos el método del calentamiento en un calorímetro cuya capacidad calorífica desconocemos. Este calorímetro está compuesto por un vaso Dewar colocado sobre un agitador magnético y un imán que girará agitando el fluido que se encuentre en el interior del vaso Dewar. La tapa del vaso contiene unos orificios a través de los cuales se introduce una resistencia eléctrica que deberá entrar en contacto con el fluido y un termómetro. La resistencia está conectada a un vatímetro y éste a la fuente de alimentación. En cambio, el termómetro está conectado a un ordenador y a través de un programa informático obtendremos una tabla con las temperaturas del fluido en determinados momentos.

La resistencia provocará en un tiempo dt un aumento de temperatura dT en el conjunto fluido + calorímetro. Por tanto, la potencia disipada (W) será, en ese intervalo:

(1)

, siendo C la capacidad calorífica del calorímetro. Pues si queremos determinar el calor específico del etilenglicol deberemos,anteriormente, estimar la capacidad calorífica dicha. Para ello debemos utilizar un fluido cuyo calor especifico Cp conozcamos, en este caso usaremos agua:

Si integramos la expresión (1) y despejamos la temperatura obtenemos:

(2)

,donde T0 representa la temperatura inicial del sistema. Hemos despejado la temperatura porque depende del tiempo. De este modo tomamos pares de valores (T,t) y ajustamos la expresión (2) a una recta del tipo:

Pues procedemos a determinar la capacidad calorífica del calorímetro (C):

Pesamos el vaso Dewar con el imán y obtenemos su masa m:

g

Añadimos agua en el interior del vaso y medimos ahora m1:

g

Con lo que la masa de agua utilizada será:

g

g

g

Ponemos ahora todo el sistema en funcionamiento , conectamos la fuente de alimentación (aproximadamente a 10 V) y medimos la temperatura del conjunto agua + calorímetro, a intervalos de 30 segundos, hasta que la temperatura ha aumentado 15 °C. Con todos los datos obtenidos ajustamos a una recta tal y como habíamos dicho. En la tabla adjunta hemos apuntado también los valores para la potencia W en los mismos intervalos. Tanto la tabla como la regresión lineal están reflejados en las páginas siguientes. Los resultados obtenidos son:

:

Tiempo (s)

Temperatura (°C)

Potencia (w)

30

21.5

24.5

60

21.5

24.5

90

22

24.5

120

22

24.5

150

22.5

24.5

180

22.5

24.5

210

23

24.5

240

23

24.5

270

23.5

24.5

300

23.5

24.5

330

24

24.5

360

24

24.5

390

24.5

24.5

420

24.5

24.5

450

25

24.5

480

25

24.5

510

25.5

24.5

540

25.5

24.5

570

26

24.5

600

26

24.5

630

26

24.5

660

26.5

24.5

690

26.5

24.5

720

27

24.5

750

27

24.5

780

27.5

24.5

810

27.5

24.5

840

28

24.5

870

28

24.5

900

28.5

24.5

930

28.5

24.5

960

28.5

24

990

29

24.5

1020

29

24.5

1050

29.5

24.5

1080

30

24

1110

30

24

1140

30

24

1170

30.5

24.5

1200

30.5

24.5

1230

31

24.5

1260

31

24.5

1290

31.5

24.5

1320

31.5

25

1350

32

24.5

1380

32

24.5

1410

32

24.5

1440

32.5

24.5

1470

32.5

24.5

1500

33

24

1530

33

24.5

1560

33.5

24

1590

33.5

24.5

1620

33.5

24.5

1650

34

24.5

1680

34

24.5

1710

34.5

24

1740

34.5

24

1770

35

24.5

1800

35

24.5

1830

35

24.5

1860

35.5

24

1890

35.5

24.5

1920

36

24.5

1950

36

24.5

1980

36

24.5

Como es lógico, tomamos como valor para la potencia:

w

,ya que se ha repetido en la mayoría de las medidas.

La regresión lineal tiene la forma:

Calor

Los resultados obtenidos son:

Utilizando el valor W dicho y sabiendo que:

Obtengo que:

Ahora procedemos de igual modo con el etilenglicol: medimos la masa del vaso Dewar con una cierta masa de éste:

g

g

g

g

La tabla con los pares de temperatura-tiempo y las potencias tomadas a intervalos de 30 segundos, junto con la gráfica y el ajuste lineal se encuentran en las páginas siguientes:

Tiempo (s)

Temperatura (°C)

Potencia (w)

30

27

24

60

27.5

23.5

90

27.5

23

120

28

23

150

28.5

23

180

29

23.5

210

29

23.5

240

29.5

23

270

30

23

300

30.5

23

330

30.5

23

360

31

23

390

31.5

23.5

420

32

23.5

450

32

23

480

32.5

23

510

33

23

540

33

23

570

33.5

23

600

34

23

630

34

23

660

34.5

23

690

35

23

720

35

23

750

35.5

23

780

36

23.5

810

36

23

840

36.5

23

870

37

23

900

37

23

930

37.5

23

960

38

23

990

38

23

1020

38.5

23.5

1050

39

23

1080

39

23

1110

39.5

23

1140

40

23

1170

40

23

1200

40.5

23

1230

41

23

1260

41

23

Tomamos como valor para la potencia aquél que más se ha repetido:

w

La regresión lineal queda como vemos:

Calor

Tomamos el valor dicho de W y calculamos Cp:

Miramos en un libro el valor teórico y obtenemos:

Puesto que nos dan el valor para moles de etilenglicol y nuestro resultado se refiere a la masa, hemos de buscar la masa molecular del etilenglicol:

, para obtener el valor teórico referido a gramos:

Este resultado está expresado en kelvin, mientras que el obtenido experimentalmente lo está en grados centígrados. Este detalle no influye, puesto que para calcular tanto el calor específico del calorímetro como el del etilenglicol la temperatura influye solamente en la pendiente de la recta de regresión y esta pendiente será la misma tanto si trabajamos en kelvin como en grados centígrados. Lo que variará será la temperatura inicial (representada por A). Por tanto:

NOTA: Este detalle ha sido comprobado realizando la recta de regresión con las temperaturas expresadas en Kelvin.

Si comparamos los dos valores (el teórico y el experimental):

,observamos que el valor teórico se encuentra dentro del intervalo de incertidumbre del valor experimental (aunque sea por un margen pequeño). Podemos calcular la desviación del valor experimental respecto al teórico en tanto por cien operando de la siguiente forma:

,ahora calculamos el porcentaje que representa esta cifra del valor tabulado y obtenemos:

%

El cual es un porcentaje ciertamente significativo, lo cual nos induce a pensar en algún error experimental o de cálculo. Una posible fuente de error en las medidas podría haber sido la suciedad de los instrumentos (como que el vaso Dewar contuviese impurezas al verter algún fluido).

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