LABORATORIO 4 Calor Latente de Fusión

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL ESCUELA DE PETRÓLEOS

°

INFORME DE LABORATORIO N  4

NOMBRE: Quezada Espinosa David Andrés.

FECHA: 2014_05_28

PROFESOR: Dr. Bolívar Enríquez.

CURSO: Cuarto

1. Tema: Calor Latente de Fusión. 2. Objetivos: 2.1. Objetivo General 

Establecer el calor latente de fusión del hielo.

2.2. Objetivos Específicos 

Determinar el calor latente de fusión del vaso térmico.



Calcular el calor latente de fusión del calorímetro.

3. Marco Teórico 

Calor latente de fusión. Se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido o de líquido a gas sin cambio de temperatura. En el caso del agua, el calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 K). Cuando se aplica calor aplica  calor a un trozo de hielo, de  hielo, va  va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); estado) ; a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo.



Deducir la ecuación del calor latente y sus unidades.

0℃,80 ⁄  = 

Calor latente de fusión del agua a

( − ) + ∗  ( − ) = ℎ ∗  + ℎ ∗ ℎ − ℎ 

( −  )( ∗  + ) = ℎ ∗  + ℎ ∗ ℎ  − ℎ  ( −  )( ∗  + )− ℎ ∗ ℎ ( − ℎ ) = ℎ ∗   ∗  + ) − ℎ ∗ ℎ (  − ℎ )   =  ( − )( ℎ ℎ  + ) ( −  ) − ℎ ( − ℎ )  =  ( ∗ ℎ Unidades

    ∗   +  = ℃ ℃ ∗ ℃ −  ℃ ∗ ℃  =  4. Montaje del equipo. 4.1. Diagrama del experimento 3 4

2

5

1

4.2. Materiales. 1. 2. 3. 4. 5.

Calorímetro. Vaso térmico. Termómetro. Embudo. Hielo

5. Procedimiento. 

Se calienta hasta cierto punto el agua y la cual debe estar bien medida, evitando errores.



Determinar la temperatura a la que se encuentra en agua.



Colocamos el agua calentada y medida previamente en el vaso térmico.



Establecer la temperatura inicial del hielo.



Triturar al hielo para homogenizarlo y lo colocamos en el vaso.



Medimos la temperatura del sistema agua-hielo-vaso térmico, agitando constantemente para una mejor medición.



Realizamos el mismo procedimiento con el calorímetro.

6. Datos experimentales

(  = 100; ℎ = 30,025)  ℃   ℃ ℃

VASO TÉRMICO  Tiempo (s) ℎ 0 1 30 0,5 60 0,5 90 0 120 0 150 0 180 0 210 0 240 0 270 0 300 0 Promedio 0,18

30

15

29

14

28,9

14

28,9

14

28,9

14

28,9

14

28

14

28

14

28

14

28

14

28

14

28,6

14,09

(  = 100; ℎ = 30,025)  ℃   ℃ ℃

CALORÍMETRO  Tiempo (s) ℎ 0 2 30 1,8 60 1,8 90 1,5 120 1,5 150 1,2 180 1 210 0,5 0,3 240 270 0,3 300 0 Promedio 1,08

30

12

29

11,5

28,9

11,5

28,9

11,5

28,9

11,5

28,9

11,5

28

11,5

28

11,5

28

11,5

28

11,5

28

11,5

28,6

11,54

7. Cálculos 7.1. Calcular el calor latente de fusión para el calorímetro.

 + ) ( −  ) − ℎ ( − ℎ )   =  ( ∗ℎ  100 ∗ 1   + 44,33  ℃ ℃  28,6℃ − 11,54℃ − 0,5  11,54℃ − 1,08℃  = 30,025 ℃

 = 76,777  7.2. Calcular el equivalente térmico del vaso.

 + ) ( −  ) − ℎ ( − ℎ )   =  ( ∗ℎ  100 ∗ 1   + 33,33  ℃ ℃  28,6℃ − 14,09℃ − 0,5  14,09℃ − 0,18℃  = 30,025 ℃

 = 57,479  8. Resultados Calorímetro. Masa del agua (g) Masa del hielo (g) Calor latente de fusión (cal/g) T (Agua Caliente) ( ) T (Hielo) ( ) T (Equilibrio) ( )

100 30,025 76,777 28,6 1,08 11,54

Vaso Térmico Masa del agua (g) Masa del hielo (g) Calor latente de fusión (cal/g) T (Agua Caliente) ( ) T (Hielo) ( ) T (Equilibrio) ( )

100 30,025 57,479 28,6 0,18 14,09

9. Conclusiones 

El calor latente de fusión es la energía absorbida por la sustancia al cambiar de estado.



Cuando se mezclan dos sustancias de distinta temperatura, existe un intercambio de calor o energía que cesará hasta que se llegue al equilibrio térmico.



El calor latente de fusión del vaso nos indica que gana energía, por tal motivo existe un aumento de temperatura y provoca el derretimiento del mismo.



El calor latente del calorímetro nos indica que el sistema no gana energía, por lo que la temperatura se mantiene relativamente constante y por ende no se funde el hielo.

10. Recomendaciones. 

Que se tenga precaución al momento de medir la masa del agua y el hielo.



Que se tome con precisión las mediciones de temperatura, procurando ser exacto en el tiempo.



Que se cierre de manera correcta el vaso térmico al momento de equilibrar la temperatura del líquido contenido.

11. Bibliografía 

BOLIVAR E, “Guía de laboratorio Fisicoquímica”. Universidad Central del

Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental, Quito – Ecuador. 

CALOR LATENTE, http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente.

12. Anexos. CUESTIONARIO

1. ¿Qué es más probable que provoque una quemadura, agua líquida a 100°C o una masa igual de vapor a 100°C? Explique. Es más probable que se provoque una quemadura por vapor de agua, independientemente de que se encuentren a la misma temperatura, esto se debe a que se tuvo que suministrar una cantidad de energía adicional al agua para que se transforme en vapor y al entrar en contacto con la piel se equilibrará la temperatura, en fin se debe aumentar 540 calorías por cada gramo de agua y esto es lo que provoca la quemadura.

2. ¿Quién habrá sido el inventor del termómetro, que al definir la temperatura de forma operativa logro separar los conceptos de temperatura y calor? El primer inventor del termómetro se estima que fue Galileo Galilei, en 1592. Fue Joseph Black un médico y químico escocés, quien a mediados del siglo XVIII aclaró la distinción entre calor y temperatura. En sus Lecciones sobre los elementos de la química, publicada póstumamente en 1803 y editada por su alumno y colega John Robison, Black distingue con toda precisión la diferencia entre calor y temperatura e introduce por primera vez los conceptos de calor específico y calor latente.

3. ¿El calor específico de los gases, tiene las mismas unidades que los calores específicos de los sólidos y líquidos? Si, Las unidades son las mismas, porque se define como la cantidad de calor que hay que adicionar a un sistema para elevar la temperatura, solo que en los gases se lo realiza bajo condiciones de presión constante.

4. ¿Los gases solamente se pueden calentar a presión constante o a volumen constante? Los gases se pueden calentar por medio de diversos procesos, no solo limitados a presión y volumen constante.

5. ¿Por qué los motores a combustión tienen un sistema de refrigeración basado en una cañería interior con un flujo de agua? Estos motores constan de un sistema de refrigeración basados en una cañería interior con flujo de agua debido a la óptima regulación de la temperatura del agua siendo esta muy homogénea, y limitando el consumo de energía.

6. ¿Por qué las variaciones de temperatura entre el día y la noche son de aproximadamente 10 grados en las zonas costeras y de 30 en las desérticas? En zonas costeras se puede considerar que existe mucha más agua que en el desierto, por tal motivo se asume lo siguiente: El calor específico del agua líquida es grande comparado con los calores específicos de los otros materiales, por eso el agua actúa como un regulador de temperatura, en zonas con mucha agua la variación de temperatura ambiente al intercambiar cierta cantidad Q de calor será bastante menor que en las zonas desérticas, donde prevalece el calor específico del aire seco.

7. ¿Por qué es más peligroso quemarse con vapor a 100°C que agua a la misma temperatura? El agua para cambiar de estado (Líquido, solido o gaseoso) absorbe o desprende calor, por lo tanto el vapor para empezar a bajar su temperatura primero debe desprender el calor que le permita pasar de gas a líquido sin bajar la temperatura para luego si empezar a hacerlo. Entonces el vapor que entra en contacto en la piel primero debe liberar ese calor para luego condensarse, lo que no ocurre con el agua que debe perder menos cantidad de calor para equilibrarse con la temperatura de la piel.

8. Determinar el calor que debe quitarse a 800 g de vapor de agua para que se vuelva líquido.

 =    ∗ 1000 ∗   1  = 430857,41   = 800 ∗2255   ∗  1000 1 4.187 9. Determinar la cantidad de calor absorbida por una masa de 14g de nitrógeno al pasar de líquido a gas.

 =    ∗ 1000 ∗   1  = 7540,004   = 14 ∗2255   ∗  1000 1 4.187 10. Calcular la masa de una sustancia si su calor latente de fusión es 60 kcal/kg y ocurrido un cambio de fase de solido a liquido se liberan 300cal.

 =   = 

 = 0,005  ∗ 1000  = 5   = 300 1000 1  60  ∗ 1  11. ¿Un bloque grande de hielo a 0°C tiene más energía térmica que una taza de té caliente a 100°C?, explique. No, debido a que se debió quitar una cantidad de calor al bloque de hielo para que haya sufrido la disminución de temperatura hasta los 0 .

℃

12. Dos cucharas de la misma masa una de oro y otra de vidrio sumergidas en una tasa de café caliente, alcanzaran una nueva temperatura de equilibrio junto con el café, ¿Cuál cuchara requerirá mayor cantidad de energía térmica para alcanzar la temperatura de equilibrio? ¿Por qué?

 = ∆  ∆  =      0.015  = ℃  0,031  ℃  = 0,484   = 0,484 La cuchara de oro requerirá mayo cantidad de energía debido a su mayor capacidad calorífica, y lo que se evidencia en la relación obtenida.

13. ¿La evaporación como tal es un proceso térmico de enfriamiento o de calentamiento? La evaporación es un proceso térmico de enfriamiento debido a que las moléculas que se transforman en gas poseen mayor energía cinética, por ende estas se escapan del sistema, quedando rezagadas las moléculas con menor energía, y esto provoca que la temperatura media del líquido se reduzca, a este fenómeno se lo conoce como “enfriamiento evaporativo ”, un ejemplo claro es la transpiración (sudor).