Calor específico del etilenglicol por calentamiento
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:
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:
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).