informe conservacion de la energia y calorimetria - fisicoquimica

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CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Y CALORIMETRÍA
Integrantes: Laura Sofia Moreno, Kimberly Carolina Mateus, Claudia Dayana Caro
MARCO TEÓRICO:
La conservación de la energía, es uno de los pilares del estudio de la termoquímica.
constituye el primer principio de la termodinámica y para entenderla se deben conocer los
siguientes términos:
Energía: La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir
cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. La masa y la energía están estrechamente
relacionadas. Debido a la equivalencia masa-energía, cualquier objeto que tenga masa
cuando está inmóvil, también tiene una cantidad equivalente de energía cuya forma se
llama energía en reposo, y cualquier energía adicional adquirida por el objeto por encima de
esa energía en reposo aumentará la masa total del objeto al igual que su energía total.
Sistema: se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico
puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de
gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, etc. El sistema puede estar
separado del resto del universo (denominado alrededores del sistema) por paredes reales o
imaginarias. En este último caso, el sistema sería una parte de un sistema más grande. Las
paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadas
paredes adiabáticas) o permitir el flujo de calor.
Conservación de la Energía: la cantidad total de energía en cualquier sistema físico
aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo,
aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de
la conservación de la energía afirma que la energía no se crea ni se destruye, solo se
transforma. puede demostrarse rigurosamente mediante el teorema de Noether como
consecuencia de la simetría de traslación del tiempo continuo; es decir, a partir del hecho de
que las leyes de la física no cambian con el tiempo.
Capacidad calorífica: es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un
cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En
una forma más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una
determinada sustancia en una unidad de temperatura. Indica la mayor o menor dificultad
que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de
calor; Puede interpretarse como una medida de inercia térmica, Es una propiedad
extensiva.
Calorimetría: es el acto de medir los cambios en las variables de estado de un cuerpo con
el propósito de derivar la transferencia de calor asociada con los cambios de su estado
debido, como a reacciones químicas, cambios físicos o transiciones de fase, bajo
restricciones específicas. La calorimetría se realiza con un calorímetro. El calor generado
por los organismos vivos también puede medirse por calorimetría directa, en la cual el
organismo entero se coloca dentro del calorímetro para la medición.
INFORME - FISICOQUIMICA
Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia
Facultad de Ciencias Básicas – Escuela de Biología 
DIAGRAMAS DE FLUJO - PROCEDIMIENTOS
RESULTADOS:
Tabla 1. Datos obtenidos para determinar la capacidad calorífica del calorímetro y calor
absorbido (Q)
Experimento Agua fría Agua caliente Temperatura
de equilibrio
(°C)Masa (g) Temperatura
(°C)
Masa (g) Temperatura
(°C)
1 100.123 19 99.157 50 30
2 99.263 19 99.981 50 30
3 99.987 20 99.856 50 30
Tabla 2. Valores obtenidos para determinar el equivalente en agua
Experimento Masa agua
(g)
Temperatura
inicial en el
calorímetro To
(°C)
Temperatura
inicial Ti (°C)
Temperatura
final Tf (°C)
1 148.789 21 45 33
2 149.485 20 45 31
3 149.235 22 45 32
Tabla 3. Datos obtenidos para determinar el calor latente de fusión
Experimento Masa
agua (g)
Masa
agua +
hielo
fundido
(g)
Temperatura
inicial To (°C)
Temperatura
en equilibrio
T(°C)
Capacidad
calorífica del
calorímetro
1 150.125 166.255 19 9 El del exp. 1
Tabla 1
2 150.259 166.275 18 8 El del exp. 2
Tabla 1
3 150.148 166.301 19 9 El del exp. 3
Tabla 1
Tabla 4. Datos empleados en la determinación del calor latente de vaporización del agua
Experimento Tiempo 1 (s) Tiempo 2 (s) Temperatura
inicial (°C)
Temperatura de
ebullición (°C)
1 35 249 18 94
2 36 253 18 96
3 32 254 18 96
Tabla 5. Datos experimentales obtenidos para la determinación del calor específico de un
metal
Experimento Masa de agua
(g)
Masa del sólido
(g)
ΔT agua (°C) ΔT metal (°C)
1 149.531 107.638 7.8 47
2 150.245 109.463 7.5 47
3 149.862 108.346 7.3 47
CÁLCULOS:
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
En el experimento previamente realizado, podemos sintetizar nuestros datos a través de 5
tablas. Para su explicación y comprensión nos apoyaremos en la siguiente gráfica, que nos
permitirá ver las ‘’fases’’ o transformación de las formas de calor en un sistema.
En la tabla 01, podemos observar la masa del agua fría ( es decir a temperatura ambiente) y
cuando esta se calienta, de forma consecutiva podemos notar como existe una pérdida de
masa tras calentarla por un tiempo, entendiendo que la cantidad de masa perdida es dada
por la evaporación de la misma. Tras ser sometida a un calor sensible constante, sin llegar a
una temperatura de evaporación o latente. Si el agua fuera sometida por una mayor
cantidad de tiempo al mismo proceso, encontraríamos que esta se evapora tras superar el
umbral de su capacidad calorífica. Entiéndase como calor sensible la energía térmica que
se suministra a un objeto o sustancia para que esta suba su temperatura.
Es decir, de ser posible la condensación del vapor desprendido tras calentar el agua,
notaremos que la cantidad de masa ‘perdida’’ se encontraría en dicho vapor, en base a la
primera ley de la termodinámica, donde se enuncia la conservación de la energía. Por otro
lado, la capacidad calorífica del agua es equivalente bajo condiciones controladas a 4186
j/g.C valor cercano a los encontrados mediante las 3 experiencias, entendiendo que el
experimento no se realizó a nivel Del Mar, y por tanto las condiciones de presión y
temperatura van a presentar una variación frente a los datos estándar.
Por otra parte, la calorimetría y capacidad calórica son puntos importantes en el estudio de
la cantidad de calor que son capaces de absorber o liberar un cuerpo. El calorímetro es un
sistema adiabático que nos permite estudiar la cantidad de calor que se desprende o
absorbe una sustancia, en este caso el agua. Tras realizar el tercer experimento, podemos
observar que el agua desprende la misma cantidad de calor en las 3 circunstancias, y que
los datos obtenidos son similares a los teóricos, con un margen de diferencia inferior al
15%.Es importante resaltar, que el experimento no se realizó bajo condiciones controladas,
y por tanto hay varios factores que pueden influir en el proceso, como la existencia de
alguna impureza en el calorímetro, o fallos de calibración con el material utilizado.
En tercer lugar, se busca observar el calor latente del hielo es decir la cantidad de calor que
requiere el hielo para promover un cambio de fase, en este caso de fase sólida a líquida , y
consecutivamente a su evaporación. De forma teórica, sabemos que la temperatura de
evaporación del agua es 100*C. Sin embargo, en el experimento la evaporación se empieza
a observar alrededor de los 94*C arrojando así una diferencia de temperatura de
aproximadamente 6*C. Adicionalmente se precisan 334 x 10^3 J/kg de calor latente para
que se dé el cambio de estado sólido a líquido. Valor cercano al encontrado, y con una
experiencia menos precisa en el 2 experimento, donde se encuentra un valor latente
inferior al esperado. Esto puede ser dado por precalentamiento del material, transferencia
de calor accidental en el momento de manejar la muestra, entre otros factores.
En último lugar, se determinó el calor específico de un metal, entendiendo este como la
capacidad térmica específicaqué hay que suministrar a una magnitud física para que este
eleve su temperatura. Cada metal tiene un calor específico, en este caso de acuerdo a los
datos obtenidos y haciendo una comparativa con los valores teóricos, podría tratarse de
aluminio, puesto que dicho material es el que presenta los valores más cercanos a los
teóricos, con una leve variación de resultado. Ya tendríamos que evaluar a profundidad que
el material usado en el experimento no tenga ninguna aleación y por tanto se estén
generando dichas variaciones, o que el material utilizado tenga alguna impureza o esté
descalibrado.
CONCLUSIONES:
- De acuerdo a los objetivos propuestos, se logró la observación y comprobación de la
primera ley de la termodinámica, que habla de la conservación de la energía.
- Tras determinar la capacidad calorífica y calor latente del agua, se corroboraron los
datos teóricos con los experimentales. Sin embargo, se encontró una leve diferencia
en los datos obtenidos, esta pudo ser dada por datos del observador, impurezas en
el material utilizado o descalibración del mismo.
- Se determinó el calor específico de un metal, y tras comparar los datos obtenidos
con los teóricos se aproxima que se puede tratar de aluminio o una aleación con
dicho material.
BIBLIOGRAFÍA:
● Primer Principio de la Termodinámica. Sistemas termodinámicos. (2021). Retrieved
September 7, 2021, from Montes.upm.es website:
https://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/sistema.html
● Planck, M. (1923/1927). Treatise on Thermodynamics, third English edition translated
by A. Ogg from the seventh German edition, Longmans, Green & Co., London, page
40
● Klein, Martin J. (1965). «Einstein, Specific Heats, and the Early Quantum Theory:
Einstein's quantum theory of specific heat first showed the power of the new concept
of energy quanta». Science 148 (3667): 173-180
● Bryan, G.H. (1907). Thermodynamics. An Introductory Treatise dealing mainly with
First Principles and their Direct Applications, B.G. Tuebner, Leipzig
● Lewis, G.N., Randall, M. (1923/1961). Thermodynamics, second edition revised by
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