CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA Y ENTALPIA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUAObjetivosDeterminar el valor de la capacidad térmica específica promedio del agua en el intervalo de temperaturas Tmedio = 80°C. Obtener el valor del cambio de entalpia durante la evaporación a presión constante del agua.Bases teóricasEnergíaLa energía que posee un sistema se puede definir como “La capacidad para producir un cambio”La energía total de un sistema se puede determinar como la suma de las diferentes formas de energía que se presentan en él.1.- Una energía macroscópica: la energía mecánica total E del sistema, esta energía se relaciona con la posición y el movimiento macroscópico del sistema en conjunto. La energía mecánica E es la suma de:la energía cinética de traslación del centro de masa más la energía cinética rotacional respecto del centro de masa, así como... ... las energías potenciales relacionadas con la posición del centro de masa del sistema en el espacio, sea la energía gravitatoria u otras formas potenciales de energía (como la potencial eléctrica).Convencionalmente, cuando se produce una variación de la energía interna manifestada en la variación del calor que puede ser cedido o absorbido, se puede medir este cambio en la energía indirectamente por la variación de la temperatura de la sustancia.La transferencia de energía a un sistema se lleva a cabo por medio de dos mecanismos o procesos: a) por transferencia de calor, provocada por una diferencia de temperaturas, y b) por vía del trabajo, provocada por fuerzas macroscópicas.Al aumentar la temperatura de un sistema, sin que varíe nada más, aumenta su energía interna.Laboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.38Equilibrio TérmicoCuando dos sistemas con diferente temperatura se ponen en contacto, luego de ciertotiempo alcanzan la misma temperatura, se dice entonces que ambos sistemas se encuentranen equilibrio térmico.El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferenciade temperaturas y se presenta como calor sensible o calor latenteLa temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra energíaen forma de calor. La cantidad de calor {Q} necesaria para elevar la temperatura de unsistema es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia, esto es,sin que haya cambio de fase en la sustancia. A esta manifestación de energía en forma decalor se le conoce como CALOR SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera:{ } ( ) i f f i Q mc T Tdonde:{iQf} = energía en forma de calor

m = masac = capacidad térmica específicaTi = temperatura inicialTf = temperatura final.Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos porincremento de temperatura.calcg CLa capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse adecuadamentecalentando ésta última a una cierta temperatura, situándola en una cantidad agua, de masa ytemperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando llegue al equilibrio térmico. Si elsistema está aislado térmicamente de su entorno, el calor que “sale” de la sustancia tieneque ser igual al calor que “entra” en el agua y en el recipiente. Este procedimiento seconoce como CALORIMETRÍA y el recipiente aislado que contiene el agua técnicamentese conoce como calorímetro.CalorímetroEl calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor“suministradas” o “recibidas” por los sistemas. Es decir, sirve para determinar la capacidadtérmica específica del sistema, así como para medir las cantidades de calor que “liberan” o“absorben” los sistemas.Laboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.39Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.Calorímetro.Laboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.40Actualmente se considera que cuando aumenta la temperatura de un sistema, la energía queposee en su interior, llamada energía interna, también aumenta. Si este sistema se pone encontacto con otro de más baja temperatura, habrá una transmisión de energía del de mayortemperatura al de menor temperatura, energía que se denomina CALOR.

Unidades de CalorUna de las unidades que se emplea aún es la caloría, unidad que se deriva del concepto delcalórico y se define como.La cantidad de calor que debe suministrarse a un gramo de agua para que sutemperatura se eleve de 14.5 °C a 15.5 °C.Calor Latente. Cuando en un sistema su temperatura no cambia cuando se suministreenergía en forma de calor y durante el suministro de energía el fluido cambia de fase.i fQ mdonde:{iQf}= energía en forma de calorλ = constante de proporcionalidad que se conoce como calor latente de cambio de faseAhora a también se conoce como entalpiaConcepto de TrabajoDesde el punto de vista de la termodinámica, el trabajo es un concepto más extenso que eltradicionalmente utilizado en la mecánica clásica.Se define como:La energía transferida a través de las fronteras de un sistema en formaorganizada y cuyo uso exclusivo sea la elevación de un sistema (cuerpo).El trabajo es una energía en tránsito entre un sistema y su entorno, a través deaquellos límites del sistema en que no existe transferencia de masa y comoconsecuencia de la diferencia de una propiedad intensiva, que no sea latemperatura, entre el sistema y su entorno.El trabajo realizado para pasar de un estado inicial de equilibrio a un estado final deequilibrio puede tomar cualquier valor, dependiendo de la trayectoria que se elija. Eltrabajo no es una propiedad ya que no es posible especificarlo por el sólo conocimiento delestado termodinámico del sistema.Laboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.41Potencia mecánicaSe define como:La cantidad de trabajo que entrega o recibe un sistema por unidad de tiempo ysus unidades son ( ) ( )JWattsso su equivalencia en caballo de fuerza (HP).Potencia EléctricaSe define como:Si por un aparato eléctrico, al ser sometido a una diferencia de potencial Vab,circulara una corriente i, la potencia desarrollada en el aparato estará dada por.

{ } ab W V iDonde:.

{W} potencia eléctricaVab = diferencia de potenciali = intensidad de corrienteEfecto JouleEl efecto Joule consiste en la transformación de energía eléctrica en energía térmica (calor)en una resistencia recorrida por una corriente. Siendo R el valor de la resistencia, Vab latensión aplicada a ella, e i la corriente que circula, la potencia desarrollada por efecto Jouleen dicha resistencia, se puede calcular por las expresiones:Donde:.

{W} potencia eléctricaR = resistencia eléctricai = intensidad de corriente.

2 { } ( ) ab W V A RiLaboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.42MaterialCantidadMaterial1Termo de plástico con tapa1Resistencia de inmersión1Balanza granataria de triple brazo1Termómetro de bulbo (mercurio)1WatthorímetroDesarrolloDeterminación de la capacidad térmica específica del agua.1. Colocar agua en el termo hasta que la resistencia de inmersión quede completamente sumergida. Precaución: debe estar desconectada2. Colocar la tapa sin apretar, ya que si se expande por el calor se puede atorar.3. Conectar la resistencia de inmersión al watthorímetro y éste a la corriente, como se muestra en el esquema. Precaución: el watthorímetro debe de estar apagado.4. Medir la temperatura del agua con el termómetro de mercurio.5. Encender el watthorímetro con la resistencia de inmersión y al mismo tiempo contar las vueltas del disco del watthorímetro colocando la vista frente al canto del disco.6. Cuando la temperatura del agua llegue a los 80 (°C) apagar la resistencia y terminar de contar las vueltas del disco.7. Repetir este experimento cinco veces más.Fig. 1: Disposición del equipoLaboratorio de Termodinámica

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.43ResultadosTabla 1: Determinación de la capacidad térmica específica del agua.Evento#No. vueltasmagua

(kg)Tinicial

(°C)Tfinal

(°C) T(°C)Q(J)C(J/kgΔ°C)12345CálculosObtener la capacidad térmica específica promedio. Obtener los errores absoluto y porcentual.Experimento 2: Determinación del cambio de entalpia durante la evaporación del agua.1. Sin tirar el agua caliente del último evento del experimento anterior, colocar el termo sobre la balanza.2. Recorrer la tapa del termo hasta que quede en la mesa. Precaución: la resistencia debe de estar desconectada.3. Conocer la masa del sistema.4. Descontar 10 (g) de peso en la balanza, recorriendo una de las piezas de metal de un brazo de la balanza, de tal manera que la aguja del brazo de la balanza apunte hacia arriba.5. Conectar y Encender la resistencia, con el watthorímetro.6. Esperar hasta que el agua hierva y comience a evaporar.7. Cuando el agua comience a evaporar, se detectará una pérdida de masa en la balanza y comenzará a temblar la aguja del brazo de la balanza, en este momento iniciar la lectura del número de vueltas del disco del watthorímetro.8. Cuando la aguja de la balanza apunte nuevamente hacia la marca, terminar de contar las vueltas del disco, ya que se han perdido exactamente 10g de agua en forma de vapor.9. Apagar la resistencia.10. Repetir cinco veces esta actividadLaboratorio de Termodinámica_________________________________________________________________________

______________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.44ResultadosTabla: Determinación del cambio de entalpia en la evaporación del agua.Evento#No. vueltasmagua (kg)Q(J)hfg (J/kg)12345Promediohfg = (J/kg)CálculosObtener el cambio de entalpia durante la evaporación del agua Obtener los errores absoluto y porcentual.Análisis de resultadosConclusionesLaboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.45BibliografíaKennet, WarkTermodinámicaSexta Edición2001EspañaMc Graw Hill.Cengel, Yunus A., Boles, Michael A.TermodinámicaQuinta Edición2006MéxicoTipler, Paul A.Física Para la Ciencia y TecnologíaCuarta Edición2001EspañaEditorial Reverté.J. Jiménez GonzálezManual de “Experiencias del Calor”Sexta Edición

1973MadridImprenta y Papelería “Artes Gráficas”Rolle, Kurt C.TermodinámicaSexta Edición2006MéxicoPEARSON Prentice hallSi se utilizan páginas web, éstas deben ser confiables, como aquellas elaboradas por profesores universitarios o universidades reconocidas.Laboratorio de Termodinámica_______________________________________________________________________________________________________________________________________________Gerardo Pacheco H., Alejandro Rojas T., Agustín Hernández Q.46ÍNDICE DE TEMAS DE ESTUDIO

PRÁCTICA: “CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA Y ENTALPIA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA”Conceptos de:Calor sensibleCalor latenteCapacidad térmica EspecíficaCalor latente de cambio de faseEvaporaciónEntalpiaEnergía internaRelación entre calor latente de cambio de fase y entalpiaFuncionamiento del watthorímetroEfecto Joule