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
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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%.
