Física de procesos biológicos

Fusión. Hielo. Magnitudes. Agua. Calor. Entalpía. Masa

  • Enviado por: SM
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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1.Objetivo:

El objetivo de esta práctica es determinar la entalpía de fusión del hielo utilizando el método de las mezclas.

Previamente ha de determinarse el equivalente en agua del calorímetro, k, para cuantificar su aporte al balance energético.

2.Descripción:

Magnitudes:

El Calor Específico (Ce) de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad de masa de esa sustancia a presión constante. Su unidad en el Sistema Internacional es J/g * C.

La Entalpía de Fusión (Hf) del hielo es la cantidad de calor necesaria para pasar una unidad de masa de hielo del estado sólido al líquido a la temperatura de fusión del mismo. Su unidad en el Sistema Internacional es kcal/Kg.

Montaje experimental:

Podemos determinar la entalpía de fusión midiendo cómo varía la temperatura de una mezcla de agua y hielo cuando éste se funde. Para evitar intercambios de calor con el medio debemos realizar la mezcla dentro de un calorímetro. Los pasos a seguir son:

  • Determinar el equivalente en agua del calorímetro.

  • Determinar la entalpía de fusión del hielo.

3.Resultados experimentales

  • Determinar el equivalente en agua del calorímetro, con sus correspondientes incertidumbres:

Mcal = 9510,1g Mc = M(cal + agua)1 - Mcal

M(cal + agua)1 = 1194,60,1g Mc =1194,6g - 951g

Mc = ? 243,60,1g Mc = 243,6g

Cálculo de error:

M2c =0,12+0,12 = 0,01 +0,01 = 0,02 g2

Mc = (0,02g2)1/2 = 0,1414g

Mc =0,1g

Mc = 243,60,1g

M(cal + agua)2 = 1442,70,1g Mf = M(cal + agua)2 - M(cal + agua)1

Mf = ? 248,10,1g Mf = 1442,7g - 1194,6g

Mf = 248,1g

Cálculo de error:

M2f = 0,12+0,12= 0,022=(0,02)1/2=0,1

Mf = 248,10,1g

Tfinal = 24,90,1ºC

T1 = 35,80,1ºC K =

T2 = 12,80,1ºC

Tfinal = 24,90,1ºC

K =  ? 31,813,4g K = 31,81g

Cálculo de error:

- (24,90,1)-( 12,80,1)=12,10,1ºC

- 248,1*12,1=3002,0124,8g ºC

r =3002,01=24,8

- (35,80,1)-( 24,90,1)=10,90,1ºC

- g

r =275,41=3,4

- (275,43,4)-(243,60,1)=323,4g

r2=3,42+0,12=(11,57)1/2=3,4

K= 31,813,4g

- Determinar la entalpía de fusión del hielo con sus correspondientes incertidumbres:

M(cal + agua)2 = 1442,70,1g Mh = M(cal + agua + hielo fundido) - M(cal + agua)2

M(cal + agua + hielo fundido) =1481,80,1g Mh = 1481,8g - 1442,7g

Mcal = 9510,1g Mh = 39,10,1g

T3 = 250,1ºC

T'final = 17,80,1ºC

Tfusión = 0 ºC

c = 4,169J/g*C

K = 31,81g

Mh = ? 39,10,1g

Hf = ? 78,32

Kcal/Kg

= 78,32 Kcal/Kg.

Cálculo de error:

  • (1442,70,1)-(9510,1)=491,70,1g

  • (491,70,1)-(31,813,4)=523,513,4g

r2=3,42+0,12= (11,57)1/2=3,4

  • (250,1)-(17,80,1)=7,20,1g

  • (523,513,4) * (7,20,1) = 3769,2722,05g ºC

r =3769,272=2,05

  • (4,169) * (3769,2722,05) = 15714,092,05J

  • 1481,8 - 1442,7= 39,10,1g

  • (15714,092,05)/( 39,10,1)=401,892,87J/g

r =401,89=2,87

-

  • Discusión de resultados:

Las variaciones obtenidas de los resultados después de realizar los cálculos de incertidumbres han sido debidas a la inexactitud de las medidas, ya que al ser éstas medidas directas no gozan de gran precisión, por lo que los resultados se ven alterados ligeramente.

4. Cuestiones:

1)¿Por qué es preciso no tener hielo cuando se determina el equivalente en agua del calorímetro?

Cuando en un calorímetro se coloca un líquido a temperatura constante de la suya el calorímetro absorbe (o cede) algo de calor, si hubiese hielo dentro del recipiente la cantidad de calor absorbida (o cedida) sería compartida por el calorímetro y el hielo, por lo que el resultado del equivalente en agua del calorímetro seria erróneo.

2) Si el equivalente en agua del calorímetro fuera 40g y observamos que al agregar una masa de agua caliente su temperatura aumente en 1ºC, ¿qué cantidad de calor habría absorbido o cedido el calorímetro?

3) ¿Por qué la masa de equivalente en agua del calorímetro es normalmente pequeña en comparación con la masa de agua introducida en él?

El equivalente en agua del calorímetro es la cantidad de masa de agua que absorbería (o cedería) la misma cantidad de calor que el calorímetro, la cantidad de calor absorbido (o cedido) va en función del calor específico, y puesto que el calor específico del agua y del calorímetro son distintos la masa para absorber (o ceder) la misma cantidad de calor tendrá que ser distinta.

El calorímetro debe ser lo más pequeño posiblek pequeño

4) Si el equivalente en agua del calorímetro es 50 g, ¿significa esto que la masa del calorímetro es igual a 50 gramos?

El equivalente en agua y la masa del calorímetro se pueden relacionar mediante la ecuación:

K =

De donde Mc = M(cal + agua)1 - Mcal

Por esto se sabe que el equivalente en agua y la masa del calorímetro no coinciden, ya que relacionando sus ecuaciones no se obtiene K = Mcal.

5) ¿Por qué el hielo añadido ha de estar seco cuando se trata de determinar se entalpía de fusión?

El hielo debe estar seco porque sólo queremos contar la masa de hielo, sino estuviera seco estaríamos contando como hielo el agua.