TP N° 1: “Curva de calentamiento de líquidos”

Introducción:

El calor es energía que se transfiere de una sustancia a otra en virtud de una diferencia de temperatura. Se puede determinar la cantidad de calor que se transfiere midiendo el cambio de temperatura de una masa de agua conocida que absorbe calor.Algunos líquidos se calientan con más facilidad que otros. Asimismo cuando más cantidad del mismo, mayor es el tiempo empleado en el calentamiento. Para observar esto, vamos a estudiar la rapidez de calentamiento de una cantidad de agua, de una cantidad mayor y de una cantidad de aceite igual a la primera utilizando un mechero.

Objetivos:

1) Comparar las curvas de calentamiento de dos masas distintas de agua.2) Comparar las curvas de calentamiento de aceite y agua correspondientes a una misma

masa.3) Encontrar una relación matemática entre las variables analizadas: tipo de sustancia,

masa, calor entregado o tiempo empleado en el calentamiento y variación de temperatura registrada.

Materiales utilizados:

1 Termómetro escala 0°C-100°C.2 Vasos de precipitado de 500g1 Varilla de vidrio1 Pie de laboratorio1 Nuez1 Mechero1 TrípodeMalla metálica

La malla metálica (círculo gris) sobre el trípode sostiene el recipiente con la masa liquida. En su interior hay una varilla de vidrio (línea gris) y el termómetro (línea amarilla) que cuelga abarrado de la nuez y esta al pie de laboratorio.

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Procedimiento:

Se coloca una masa de agua de 200 g a temperatura ambiente en un vaso de precipitado y se la calienta con un mechero. Se registran las temperaturas alcanzadas por el agua cada 20 segundos con un termómetro, agitando el líquido frecuentemente. Los materiales se disponen como muestra la figura anterior. Se vierte el agua caliente y se enfría el vaso. Se llena, esta vez, con una cantidad mayor a la anterior es decir con mayor masa (500 g), repitiendo el procedimiento detallado con la primera masa. Luego se realiza la misma medición para una masa de aceite igual a una de las masas de agua (200 g).Para analizar los resultados de esta experiencia se realizará el gráfico de temperatura (T) en función del tiempo (t) para cada una de las masas utilizadas. Para el mejor ordenamiento de los datos, te sugerimos volcar las mediciones realizadas en una tabla de valores.

Recomendaciones:

Utilizar masas entre 300 g y 500g.Medir temperatura cada 20 seg.Es recomendable no superar los 50 °C, para evitar quemaduras en caso de derrames. En las tres curvas el origen de los tiempos se toma en el momento de hacer la primera lectura, que corresponderá a la temperatura ambiente.

Tabla de valores:

agua (200 g) agua (500 g) aceite (200 g)(t)

tiempo(T)

temperatura(t)

tiempo(T)

temperatura(t)

tiempo(T)

temperatura(s) (°C) (s) (°C) (s) (°C)0 temp amb 0 temp amb 0 temp amb

                                                                                                                         

Gràficos:

Con los datos anteriores se construye el gráfico de temperatura en función del tiempo para las tres masas en un mismo par de ejes cartesianos.

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t (seg)

T (

°C)

Tener en cuenta para la construcción del mismo que se cometen errores experimentales. Discute con tus compañeros de grupo acerca de los mismos y decide cómo volcarlos al gráfico.

Análisis de las curvas:

Si se desprecia la parte inferior en las curvas que corresponden al período de calentamiento del amianto de la rejilla, aro, etc.,hasta que el calor llega al líquido con una velocidad constante y se tiene la precaución de que la temperatura no sea superior a los 60°C para que el calor no se utilice en la evaporación de los líquidos, podemos ajustar los valores con una recta.Tengamos en cuenta que el tiempo empleado (t) es proporcional al calor suministrado por el mechero (Q).

Cálculos: Se calcularán las pendientes de las rectas en los tres casos:

1. (∆T/ ∆t) 200 g de agua

2. (∆T/ ∆t) 500 g de agua

3. (∆T/ ∆t) 200 g de aceite

Observaciones y conclusiones:

i. Compara las pendientes de los casos 1 y 2 ¿cuál es mayor? ¿por qué?

Reafirma tu conclusión anterior tachando lo que no corresponda, en cada una de las siguientes afirmaciones:

A igual variación de temperatura se necesita (mayor /menor) tiempo o (mayor /menor) cantidad de calor para calentar (mayor/menor) masa de agua.

La cantidad de calor es (directamente/inversamente) proporcional a la masa ( a igual variación de temperatura e igual sustancia)

ii. Compara las pendientes de los casos 1 y 3 ¿cuál es mayor? ¿por qué?

Reafirma tu conclusión anterior tachando lo que no corresponda, en cada una de las siguientes afirmaciones:

A igual variación de temperatura e igual masa se necesita (mayor/menor) tiempo o (mayor /menor) cantidad de calor para calentar el agua que el aceite.

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El agua tiene un coeficiente que indica la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 g de la misma en 1 °C la temperatura, llamado calor especifico (mayor /menor) que el aceite.

Se establece como unidad de calor la cantidad de calor necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua pura. A esta unidad se la denomina “caloría”.

La cantidad de calor es (directamente/inversamente) proporcional al calor específico de la sustancia (a igual variación de temperatura e igual masa)

iii. Reúne las conclusiones obtenidas en i) y ii) en una expresión matemática que vincule las variables analizadas, es decir::

Q (cantidad de calor)

c (calor específico)

m (masa)

∆T (variación de temperatura)

Q =

iv. Prepara un informe con los resultados y conclusiones de la experiencia.

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