Práctica de Laboratorio 3 – 3 – Calor Calor latente del agua Sebastián Moreno Acosta1, Juan José Galindo2 Departamento de Física, Universidad de los Andes, Bogotá 111711, Colombia 07/09/2021 Resumen: En esta práctica de laboratorio se buscó comprender diferentes conceptos de termodinámica relacionados con el calor y la temperatura tales como el calor latente. Se desarrolló una toma de datos en el laboratorio de temperatura y tiempo para luego poder determinar y sacar conclusiones del calor latente del agua y de vaporización. v aporización. Palabras clave: Calor latente, Calor específico, temperatura, fuerza, tiempo.
I. TOMA DE DATOS
cambio de fase debido a que el experimento no fue llevado a cabo en un ambiente controlado.
II. ANÁLISIS CUALITATIVO 1. ¿Qué pasa si el hielo al entrar al calorímetro no está a 0 C sino a una temperatura menor?
Tabla 1. Datos obtenidos de temperatura vs tiempo y fuerza vs tiempo.
Como se ve en la imagen, se tomaron los datos de temperatura vs tiempo y fuerza vs tiempo de un Erlenmeyer que contenía 60 g de agua. Aunque los datos en su mayoría son consistentes con la teoría, se debe resaltar que debido a la presión atmosférica en Bogotá y a otros factores, el agua comenzó c omenzó su proceso de cambio de fase antes de los 100°C, este comenzó cerca de los 76 °C. Las posibles fuentes de error que mantiene el experimento son errores aleatorios, como la variación de la temperatura durante el
-En caso de que la temperatura del hielo sea menor a 0°C puede ocurrir que no se derrita por completo, esto debido a que la temperatura del agua no podría pasarle suficiente calor al hielo como para que este termine su cambio de fase. 2. ¿Por qué se pesa el agua después de calentarla y no antes? - Porque al calentar el agua esta puede llegar a perder parte de su peso en forma de vapor. 3. ¿Qué pasa si no da suficiente tiempo para que el agua y el calorímetro c alorímetro lleguen al equilibrio? - Si el agua y el calorímetro no llegan a un punto de equilibrio esto puede significar que el hielo no se ha derretido derre tido por completo. 4. ¿Por qué el Erlenmeyer no puede tocar la plancha?
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- Si el Erlenmeyer toca la plancha cuando esta está a una alta temperatura, el Erlenmeyer podría explotar 5. ¿Por qué la distancia entre el Erlenmeyer y la plancha no puede modificarse durante el experimento? - Porque esto podría alterar los datos que se están registrando, tanto de la temperatura como la fuerza. 6. Describa la gráfica de temperatura contra tiempo del segundo montaje. ¿Puede distinguir entre procesos diferentes? -
Si, la gráfica en su comienzo es lineal, pero esto cambia a medida que aumenta la temperatura y el agua llega a su cambio de fase, entonces la temperatura se estabiliza.
∆ = 0,0,04 78±± 7,2417 24172E 2E−− 05 / ∆ 0478 *De la gráfica de masa vs tiempo en la región donde se tiene evaporación, realice una regresión lineal para encontrar
∆ ∆
7. ¿Qué factores pueden afectar la potencia estimada de la plancha? - La potencia estimada se puede ver alterada por la cantidad de calor y esta se puede ver alterada debido a la masa, calor especifico y temperatura del sistema. Por ejemplo, aumentar la masa del agua y que esta mantuviera su misma temperatura aumentaría el calor del sistema y esto en un mismo lapso de tiempo, aumentaría la potencia estimada de la plancha 8. ¿Por qué no se necesita el calor específico e specífico del hielo? Porque el hielo se encuentra a 0°C, por ello e llo se encuentra en cambio de fase y esto provoca que se utilice el calor latente del agua en vez del calor especifico del hielo.
III. ANÁLISIS CUANTITATIVO * Haga una regresión lineal de los datos de temperatura vs tiempo, seleccione la región en donde el comportamiento sea lineal. De la regresión obtenga el resultado para
∆ ∆ = −0,0031± 0,037267 / *Use la ecuación (3.13) para hallar el calor latente de vaporización del agua. Compare con el valor teórico teór ico y halle el error experimental.
∆ ∆ = ( ( + ) ∆ ∆ 0,0478 = ( (60∗1+200∗0,186 60∗1+200∗0,186)) |−0,0031 |
∆ ∆
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= 1498,7612±538,2821 % = − ∗100 % = 539− 1498,7612 ∗ 100 539 % = 959,1612 % = 1,78∗100 % = 178%
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aleatorio, como cualquier tipo de vibración que pudo haber alterado el sensor de fuerza y esto pudo repercutir en los datos obtenidos de fuerza y consecuentemente en los datos de masa. Se encontró un error experimental del 178% en el calor latente de vaporización. Este error viene principalmente por errores en la medición del cambio de la masa en el tiempo. Se puede ver gráficamente en la gráfica de masa vs temperatura en donde se aprecia apre cia una ligera dispersión en los datos. Este error pudo llegar de un error de calibración en los instrumentos de medición.
IV. CONCLUSIONES *Comente todos sus resultados y graficas e indique las posibles fuentes y tipos de error. -
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La grafica de T vs t muestra como la temperatura del agua aumenta justo antes de entrar a cambio de fase, cabe recalcar que el agua comenzó el cambio de fase 77,5 °C esto puede ser debido al lugar en dónde se llevó a cabo experimento (Bógota). El ajuste lineal tiene una relación alta con datos, de manera que las posibles fuentes de error son aleatorias como un cambio en la temperatura temperat ura del ambiente, esto pudo afectar el experimento debido a que no era un ambiente controlado. La grafica de M vs t muestra como la masa disminuye a medida que aumenta la temperatura y transcurre el tiempo, esto es debido a que el agua que se evapora sale del Erlenmeyer lo que disminuye la fuerza y consecuentemente la masa. La masa comienza a disminuir de forma contundente hasta que el agua entra en cambio de fase.
En esta práctica de laboratorio se llevó a cabo el proceso experimental para poder estudiar el calor latente de evaporización del agua. Se analizó como el contacto entre cuerpos a diferentes temperaturas generan una transferencia de energía o de calor para así llegar a un equilibrio térmico. Los hallazgos encontrados en el proceso experimental fueron en un principio consistentes con la teoría, sin embargo, se encontraron errores significativos con respecto a los datos teóricos. Estos errores provienen en su mayoría en un error de medición que a su vez vienen de un error de calibración en los instrumentos con los que se realizaron las mediciones de la masa y la temperatura del agua. Otro factor importante fue hechosido de la locación del experimento. Al el haber realizado en Bogotá debe ser tenido en cuenta que puntos de fusión de la teoría no coincidían con los experimentales por tener diferentes condiciones.
Los datos obtenidos carecen de precisión y tienen una notoria dispersión, esto puede ser causa de algún tipo de error de calibración c alibración del sensor de fuerza (no se estableció un punto 0). Otra posible causa error pudo ser del tipo
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V. ANEXOS
Anexo 1. Datos registrados en práctica experimental, se encuentran los tiempos, temperaturas, fuerzas y masas que en logger pro durante la práctica se encontraron. (No se muestra la totalidad de la base de datos)
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