Termodinámica

Proceso experimental. Circuito eléctrico. Componentes. Agua destilada. Vaso Dewar. Medición del calor específico. Amperios. Resultados

  • Enviado por: Borja
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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Parte experimental

'Termodinámica'

Como primer paso, hemos procedido a montar el circuito que aparece en la imagen. Este circuito consta de un adaptador de corriente, una resistencia variable, un amperímetro y una resistencia eléctrica. Todo ello ha sido puesto tal y como muestra la figura. En el montaje se han utilizado cable de suficiente longitud como para que en ningún caso estuviera tirante.

Después hemos limpiado y secado bien el vaso Dewar con un trozo de papel de filtro.

El Dewar lo hemos dejado sobre la maquina agitadora, y en su interior hemos puesto el agitador.

Una vez que hemos realizado bien el montaje, hemos comenzado a ajustar las intensidades que vamos a hacer pasar por la resistencia eléctrica usando la resistencia variable. Para hacer esto hemos metido primero la resistencia en un vaso con agua antes de conectar el circuito, con el fin de que no se estropee. Una vez conectada la corriente, mirando el amperímetro y usando la resistencia variable, hemos ajustado la intensidad a 2.5 amperios. Alcanzado este valor, hemos desconectado el circuito. Por precaución, la resistencia la hemos dejado unos momentos mas dentro del vaso hasta que se ha enfriado un poco.

Una vez ajustada la intensidad del circuito, hemos vertido 400 c.c. bien medidos de agua destilada en el vaso Dewar. Detrás del recipiente, hemos montado un soporte el cual sostendrá la sonda del termómetro digital dentro del Dewar, y hemos tomado la temperatura inicial del agua.

Hemos introducido la resistencia eléctrica dentro, accionando el agitador.

Para que la agitación funcionase, ha sido necesario ponerlo a la mínima potencia, ya que la distancia entre el fondo del recipiente y la base agitadora era demasiado grande como para que el agitador funcionase correctamente si se aumentaba la velocidad de agitación.

Una vez todo listo, hemos cogido un cronómetro, que usaremos para medir el tiempo que está la resistencia en funcionamiento. A la vez que conectamos el circuito de nuevo, hemos accionado el cronómetro, hasta medir 3 minutos.

Una vez transcurrido el tiempo, hemos desconectado el circuito y hemos esperado unos segundos antes de retirar la resistencia del Dewar. Pasado ese tiempo prudencial para que el calor de la resistencia sea distribuido homogeneamente, la hemos sacado y la hemos introducido en un vaso con agua.

En ese momento, con la ayuda de la sonda del termómetro, hemos agitado el líquido y hemos comprobado que la temperatura sea la misma a lo largo del vaso. Hemos anotado el valor registrado por el termómetro digital y lo hemos anotado en la tabla.

Hemos realizado la misma operación una segunda vez, cambiando el agua del Dewar y volviendo a medir otros 400 c.c. de agua destilada.

Sustancia

Ti (1)

Tf (1)

Ti (2)

Tf (2)

I

T(media)

Agua

22,3

31,8

19,2

27,7

2,5

9

Después hemos repetido la práctica pero usando esta vez tolueno.

Una vez bien seco el Dewar, hemos vertido dentro 400 c.c. de tolueno y hemos ajustado la sonda y el agitador.

Con el termómetro hemos anotado en la tabla la temperatura inicial del tolueno, moviendo la sonda para comprobar que la temperatura era uniforme a lo largo de todo el Dewar.

Hemos introducido la resistencia dentro, y hemos comenzado a tomar el tiempo desde el mismo momento en que hemos conectado el circuito a la red.

Al igual que antes, hemos tomado un tiempo de 3 minutos.

Transcurrido ese tiempo, hemos desconectado el circuito y hemos esperado un tiempo prudencial para que se distribuyera de forma uniforme el calor de la resistencia.

Después, una vez sacada la resistencia y de haberla puesto nuevamente en un vaso con agua, hemos agitado con la sonda a lo largo del Dewar para comprobar que la temperatura era uniforme.

Al igual que antes, hemos repetido la misma operación con el tolueno una segunda vez, comenzando desde el principio para asegurarnos que la temperatura inicial es aproximadamente la misma.

Sustancia

Ti (1)

Tf (1)

Ti (2)

Tf (2)

I

T(media)

Tolueno

24,7

42,3

25,1

44,5

2,5

18,5

Una vez transcurridas las medidas usando 2.5 amperios, hemos procedido a repetirlas pero usando una intensidad de 2 amperios.

Para ello, hemos tenido que reajustar la resistencia variable.

Con la resistencia introducida en un vaso de agua, hemos conectado el circuito a la red y con el amperímetro, hemos ajustado la resistencia variable hasta conseguir una intensidad de 2 amperios.

Reajustado el circuito, hemos limpiado de nuevo el Dewar y secado con papel de filtro.

Hemos repetido las mismas operaciones que antes, usando las mismas cantidades de agua destilada y tolueno (400 c.c. ambos) y tomando el mismo tiempo a la hora de activar la resistencia (3 minutos).

Sustancia

Ti (1)

Tf (1)

Ti (2)

Tf (2)

I

T(media)

Agua

22,5

27,5

18,7

23,8

2

5,05

Tolueno

24,5

36,4

23,9

35,6

2

11,8

Una vez obtenidos estos datos, podemos pasar a calcular los valores de K y R en la ecuación :

[K + M·Ce] · (T2 - T1) = 0,24 · I2 · R · t

De esta ecuación conocemos todos los datos excepto K y R, pero al haber realizado las medidas de T con dos sustancias diferentes de calor específico conocido, podemos formar un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, con lo que el cálculo de las dos constantes que desconocemos se soluciona fácilmente.

I = 2

0,24 · 4 · R · 180 = [K + 346,76 · 0,405] · 11,8

172,8R = [140,4378 + K] · 11,8

172,8R = 1657,16604 + 11,8K

0,24 · 4 · R · 180=[K + 400] · 5,05

172,8R = 2020 + 5,05K

1657,16604 + 11,8K = 2020 + 5,05K

6,75K = 362,83396

K = 53,753

172,8R = 2020 + 271,45265

R = 13,26

I = 2,5

0,24 · (2,5)2 · R · 180 = [140,4378 + K] · 18,5

270R = 2598,0993 + 18,5K

0,24 · (2,5)2 · R · 180 = [400 + K] · 9

270R = 3600 + 9K

3600 + 9K = 2598,0993 + 18,5K

1001,9007 = 9,5K

K = 105,46

270R = 3600 + 949,14

270R = 4549,14

R = 16,84

Una vez realizados los cálculos de K y R, hemos empezado a medir el calor específico del butanol.

El montaje del circuito ha sido igual que el anterior.

Para comenzar, hemos reajustado de nuevo la intensidad a 2,5 amperios. Para ello, con la resistencia eléctrica dentro de un vaso, hemos conectado el circuito y moviendo la resistencia variable, hemos conseguido la intensidad de 2,5 amperios mirando el amperímetro.

Con el Dewar bien limpio y seco, y con el montaje del termómetro digital y del agitador bien realizados, hemos vertido dentro 400 c.c. de butanol anotando su temperatura inicial.

Una vez todo listo, hemos conectado el circuito a la red y hemos empezado a tomar un tiempo de 3 minutos, pasado el cual, hemos desconectado la resistencia. Por prudencia, hemos dejado la resistencia dentro del butanol unos segundos más para que el calor de la misma pase bien a la sustancia.

Hemos sacado la resistencia, y con la sonda, hemos agitado bien el butanol para asegurarnos de que se homogeneiza bien todo el calor. Subiendo y bajando la sonda, hemos comprobado que la temperatura sea igual a lo largo de todo el Dewar. Hemos anotado su valor.

Hemos realizado este proceso una segunda vez para comprobar la fiabilidad de las medidas. Se ha limpiado y secado bien el Dewar y se han vertido otros 400 c.c. de butanol.

Realizadas dos medidas con una intensidad de 2,5 amperios, hemos procedido a realizarlas esta vez con intensidad de 2 amperios.

El reajuste ha sido el habitual, poniendo la resistencia eléctrica dentro de un vaso con agua y moviendo la resistencia variable hemos fijado la intensidad requerida.

El procedimiento ha sido como el anterior, anotando todas las temperaturas iniciales y finales y asegurando una correcta homogeneización. El tiempo tampoco ha variado.

Se ha repetido dos veces las medidas con 2 amperios.

Una vez todo realizado y anotado en la tabla

Ti

Tf

I

24,7

40,5

2,5

28,2

43,6

2,5

30,5

39,9

2

26,7

36,5

2

Hemos calculado el calor específico del butanol. El valor de K y R se ha tomado el obtenido anteriormente para cada intensidad, pero primero ha sido necesario calcular la masa de butanol empleada.

Dbutanol = 0,810 gr / cc

D = m / v ; 0,810 = x / 0,4

x = 0,324 kg = 324 gr

I = 2,5

0,24 · (2,5)2 · 16,84 · 180 = [105,46 + 324Cs] · 15,6

4546,8 · 1645,176 + 5054,4Cs

2901,624 = 5054,4Cs

0,574 cal / grºC = Cs

I = 2

0,24 · 4 · 13,26 · 180 = [53,753 + 324Cs] · 9,6

2291,328 = 516,0288 + 3110,4Cs

0,573 cal / grºC = Cs

Ahora podríamos comparar este valor con el del tolueno , que tiene una densidad muy parecida, y por lo tanto ya que hemos utilizado el mismo volumen en ambos casos , aproximadamente la misma masa , y ver como la misma cantidad de calor en el butanol , produce menores aumentos de temperatura , debido a su mayor calor específico. Hemos demostrado casi empíricamente , el hecho de que el agua debido a su alto calor específico sea buen regulador térmico en las costas , ya que hace falta grandes cantidades de calor para ascender su temperatura y así también , por ello , desprende grandes cantidades de calor sin descender mucho su temperatura.