martes, 23 de diciembre de 2014

Calorímetro Adiabático casero

Se agradece a los estudiantes participantes en este proyecto.



A continuación el informe del la construcción del calorímetro adiabático:



OBJETIVOS

·   Fabricar un calorímetro adiabático casero y comprobar su funcionamiento.


FUNDAMENTO TEÓRICO

Calorímetro:

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto.



Características:

  Un calorímetro idealmente puede ser insensible a la distribución espacial de las fuentes de calor dentro de él .Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipación en el calorímetro y determinar la correspondiente potencia dc que da la misma lectura que la potencia no conocida.
 Por supuesto la tarea de diseñar un calorímetro que sea completamente insensible a la distribución de calor, no es posible y lo mejor que puede alcanzarse es construir un instrumento el cual tenga un conocido factor de corrección, estos factores de corrección son evaluados de una combinación de mediciones y cálculos, tenemos la eficiencia efectiva:
 La eficiencia efectiva (e.e.) es un parámetro relativamente estable para más instrumentos y siendo adimensional es independiente del sistema de unidades usado. Para la mayor parte de los calorímetros la e.e. puede ser evaluada con una incertidumbre de 0.1% a 1 GHz, 0.2 % a 40 GHz y 0.5 % a 100 GHz.
 Las correspondientes incertidumbres en los valores de la potencia absorbida o de microondas serán naturalmente un poco mayores que los dados, ya que dependen por ejemplo de los conectores
 Aunque el principio de medición de potencia por medio de sus efectos caloríficos es uno de los viejos métodos, los calorímetros actuales tienen sus orígenes en los desarrollos de los años 40 y 50.

VENTAJAS DE UN CALORIMETRO:

Alta precisión
Estabilidad de calibración

DESVENTAJAS DE UN CALORIMETRO:

Baja velocidad de respuesta
Muy voluminosos

Tipos de calorímetros:
  • estáticos
  • no estáticos
  • Dryload calorimeter
  • microcalorímetro
  • calorimetro de flujo

Otros tipos de calorímetros
 
  • calorímetro adiabático
  • calorímetro de cambio de estado


CALORÍMETRO ADIABÁTICO

Los calorímetros adiabáticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo:
1. Cuando la generación de calor es tan rápida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda durante el período en que se lleva a cabo la medida.
2. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia térmica RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida esté lo más aislado posible.
3. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo más semejante posible a la de la celda.
Para cumplir con las condiciones anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar constituido por un recipiente empacado al vacío, como es el caso de los vasos Dewar, por escudos metálicos que impidan la transferencia de calor, por materiales plásticos de baja conductividad térmica o por la combinación entre varios de estos.
Durante la experiencia calorimétrica cualquier calor generado o consumido en la celda lleva a un cambio en la temperatura. En los calorímetros adiabáticos se presenta un control estricto en la temperatura de los alrededores, lo que hace necesario el uso de adecuados controles electrónicos que mantengan constante el gradiente de temperatura entre la celda y los alrededores de tal forma que el intercambio de calor entre estos sea lo más pequeña posible, en teoría nula.


USO DEL CALORIMETRO:

Para usar el calorímetro, un científico pondrá una cantidad precisa de agua pura dentro de la cámara de agua. El volumen puede variar, pero por lo general se colocan 100 mililitros. La temperatura del agua se lee y se registra y luego se mide la cantidad precisa de químicos que quieres estudiar, los pones en la cámara de reacción y cierras la tapa. Debes cuidar de cerca el termómetro por si hay cambios de temperatura. A medida que la reacción química se vaya llevando a cabo, la temperatura subirá o bajará. Si aumenta, irá hasta su pico y luego bajará. Lo contrario se da si la temperatura desciende. Es importante que anules los valores mínimos y máximos.

MATERIALES



PROCEDIMIENTO



ANÁLISIS DE DATOS

Para hallar la temperatura de equilibrio teórica utilizamos la siguiente fórmula:
-Q desprendido = Q absorbido
Q = masa * calor especifico * temperatura

PARA EL PRIMER CASO:

- (0,095 cal/gr.C * 680 gr * (Tf – 94 C)) = 0.106 cal/gr.C * 20 gr * (Tf – 25,5 C)
63600,4 – 676.6 Tf = 2,12 Tf * 54,06
678,72 Tf = 63654,46
Tf = 93,79°C

Teniendo en cuenta que Tf práctica es de 89 °C tenemos que obtener el error porcentual:

PARA EL SEGUNDO CASO:

- (0.095 cal/gr.C * 680 gr * (Tf – 83 C)) = 0.106 cal/gr.C * 20 gr * (Tf – 27 C)
56157.8 – 676.6 Tf = 2.12 Tf * 57.24
678.72 Tf = 56215.04
Tf = 82,86 °C

Teniendo en cuenta que Tf práctica es de 82 °C tenemos que obtener el error porcentual:

RESULTADOS

PARA EL PRIMER CASO:
Tf Teo = 93,79 °C
Tf  Pra = 89 °C
e% = 5,11%

PARA EL SEGUNDO CASO:

Tf Teo = 82,86 °C
Tf  Pra = 82 °C
e% = 1.04%

CONCLUSIONES

·      La realización del calorímetro fue satisfactoria.
·      Concluimos que la función del calorímetro es aislar las sustancias puestas en el para obtener una temperatura de equilibrio satisfactoria y obtuvimos que tenemos un error en cuanto a la temperatura ya sea porque nuestro calorímetro no está bien aislado o por error humano.
·       Calculamos la temperatura media del agua casi hirviendo y de un clavo de acero al cual obtuvimos resultados satisfactorios.

·       Demostramos la función de nuestro calorímetro al obtener resultados que varían con el teórico en menos del 5%.

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