Practica 6

Zaragoza Zúñiga Diana ING.

Profesor:

)abóratórió #e Termó#ina ermó#ina mi*a  As ig ign n at u ra ra/c /cla la ve ve::

)abóratórió #e Termó#ina ermó#ina mi*a *lave: 6+3( Grupo Laboratorio:

 02 No de Práctica(s):

,ra*ti*a  6 ./ntalpia #e tran"órma*ión  Integrante(s), núero de cuenta ! grupo de teor"a:

Á lvarez lvarez Salmeró Salmeró n Marió Álbertó 3-15339602 Grupó T: 01

r!a" a" Gónzale" Á#ria Á#ria n $"ai $"ai 3-15066%9% Grupó T: 09

Guillen Mart!nez nez &ulió 'e"ar 3-1530%929 Grupó T: 0( 1

Saave#ra avala 'arló" riel 3-1525++62 Grupó T: 0(

#eestre:

2019-1 $ec%a de entrega:

2+4"eptiembre4201% &bservaciones:

2

'alii*a*ión: 7 8ria#a: 3

Introducción Desde la mecánica el concepto de energía se puede entender como la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para realizar un trabajo o producir algún cambio o transformación. Si un sistema físico posee una determinada cantidad de energía, entonces con ella se tiene la posibilidad de producir cambios. Específicamente, se puede producir un trabajo mecánico. Las unidades de energía más utilizadas con 

!ulio "!#. es la unidad del sistema internacional. Se define como el trabajo que realiza una fuerza de



ne$ton "%# cu&o punto se desplaza ' metro. (aloría "cal#. Es una unidad de energía mu& utilizada en procesos en los que inter)iene el calor. *ilo)atio +ora "-+#. Es la unidad que se utiliza para medir el consumo de energía el/ctrica.



La energía mecánica es la energía que poseen los cuerpos cuando por su )elocidad o posición son capaces de realizar un trabajo. La energía puede encontrarse en dos estados que son la energía potencial & la energía cin/tica.  Emec = E p+ Ec

Energía cinética.

Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo debido a su mo)imiento, por ejemplo0 un cuerpo que cae desde una cierta altura, un automó)il en mo)imiento, matemáticamente la energía cin/tica se e1presa como 2

mV   Ec = 2

Donde  Ec  es la energía cin/tica, V es la )elocidad, m es la masa. 3

Energía potencial.

la energía potencial es la energía que tiene un cuerpo que en )irtud de su posición & estado es capaz de realizar un trabajo, por ejemplo0 la cuerda enrollada de un reloj, un automó)il en la cima, un cuerpo suspendido en el espacio, la e1presión matemática para calcular la energía potencias es la siguiente  E p= mgh

Donde  E p  energía potencial, m la masa,  g   aceleración gra)itacional, h altura. Entonces desde la termodinámica la energía interna de un sistema es mu& importante &a que gracias a ella se puede lle)ar de una fase a otra de una dic+a sustancia. Calor latente o de cambio de fase.

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de solido a liquido "calor de fusión# o de líquido a gaseoso "calor de )aporización#. Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se in)ierte para el cambio de fase & no para aumento de la temperatura, es decir, la misma cantidad de energía es liberada. 2atemáticamente se e1presa como  λ =

Q m

Donde:  λ  es el calor latente, Q  es el calor y m la masa. Trabajo mecánico.

En física fundamentalmente, el trabajo mecánico mide la transferencia de energía entre un cuerpo & el sistema que aplica la fuerza sobre /l. Se realiza trabajo cuando se transfiere energía de un sistema a otro mediante la acción de fuerzas. La cantidad diferencial de trabajo que se realiza sobre un cuerpo rígido al trasladarlo una distancia diferencial es equi)alente al producto escalar de la fuerza aplicada por el desplazamiento efectuado matemáticamente e1presado δW = F ∗ d r = F dr cosα  ⃗

Donde:

δW   la diferencia de trabajo, F la fuera, dr la diferencia de distancia.

En el estudio de las propiedades de la materia los sistemas más sencillos son aquellos que contienen una sustancia simple compresible. La definición de trabajo dada & la forma de aplicarla no parece tener muc+o que )er con los sistemas termodinámicos.

4

Desde la termodinámica, el trabajo no es más que la energía transferida a tra)/s de las fronteras de un sistema, el trabajo realizado es una energía en tránsito entre un sistema & su entorno. !otencia mecánica.

El flujo de energía "transferencia o con)ersión# que consiste en la aplicación de una fuerza a un punto con )elocidad en la dirección de la fuerza se llama trabajo - a la energía que flu&e de esta manera, entonces, la potencia mecánica es el trabajo realizado en un sistema por unidad de tiempo & esta e1presado como

[ watt ] =  P=

J  s

T  t 

Donde: ! la potencia, T trabajo, t el tiempo !otencia eléctrica.

En las líneas generales la potencia el/ctrica se define como la capacidad que tiene un equipo el/ctrico para realizar un trabajo o la cantidad de trabajo que realiza por una unidad de tiempo, si un aparato al ser sometido a una diferencia de potencial

V ab  circula una intensidad de corriente 3, la potencia será

e1presada como W =V ab I 

Donde: " el trabajo,

V ab  la diferencia de potencial, # la intensidad de corriente.

Efecto joule

Es conocido efecto joule en +onor a su descubridor el físico británico !ames 4rescott !oule, que lo estudio en la d/cada de '567. Según el efecto joule la energía el/ctrica se transforma en energía t/rmica debido a los continuos c+oques de los electrones mó)iles contra los iones metálicos del conductor, que pro)oca un aumento de temperatura del conductor. La resistencia es el componente que transforma la energía el/ctrica en energía calorífica. La cantidad de calor 8 producida al paso de una corriente el/ctrica por un conductor es proporcional a la resistencia 9 al cuadrado de la intensidad 3 & al tiempo. 2

Q= I  ∗ R∗t = P∗t 

Donde: $ es el calor, # la intensidad de la corriente, % la resistencia, t tiempo, ! la potencia. 5

Objetivos '. Determinar el )alor de la capacidad t/rmica específica promedio del agua en el inter)alo de temperaturas :; < 57=>(? @ ;amb=>(?. A. Bbtener el )alor de la entalpia de )aporización "+fg# del agua a presión constante.

Equipo y materiales     

1 Termo 1 Resistencia de inmersión 1 Balanza de triple brazo 1 Termómetro de inmersión 1 Wattor!metro

Desarrollo  Determinación de la capacidad térmica específica del agua.

'. 4esar el termo & agregar apro1imadamente 677 gramos de agua, )erificando que la resistencia de inmersión quede completamente sumergida. A. (olocar la tapa sin apretar. C. (onectar la resistencia de inmersión al $att+orímetro & /ste a la corriente, como se muestra en la igura '. . 2edir la temperatura inicial del agua con el termómetro de inmersión. F. Encender el $att+orímetro & al mismo tiempo contar las )ueltas del disco, en posición frontal, tomando como referencia la manc+a negra. 6. (uando la temperatura del agua llegue a los 57 =>(? apagar el $att+orímetro, conclu&endo el conteo de las )ueltas del disco. G. 9epetir este e1perimento una )ez más.  Determinación de la entalpia de vaporización del agua

'. A. C. . F. 6. G.

Sin tirar el agua caliente del último e)ento de la acti)idad anterior, coloque el termo sobre la balanza. Deslizar la tapa del termo +asta que quede sobre la mesa. 9egistrar la masa del conjunto termo, agua & resistor. Disminuir '7 =g? en la balanza. Encender el $att+orímetro. Esperar +asta que el agua +ier)a & comience la ebullición. Durante la ebullición el brazo de la balanza oscilará, en este momento inicie la lectura del número de

)ueltas del disco del $att+orímetro. 5. (uando la aguja de la balanza apunte nue)amente +acia la marca, termine de contar las )ueltas del disco, &a que se +abrán perdido e1actamente '7 =g? de agua en forma de )apor. H. Ipagar el $att+orímetro. '7.9epetir cinco )eces esta acti)idad 6

Resultados

Tabla 1. Determinación de la capacidad térmica específica del agua.

Evento mAgua[Kg ] ".#$%1 + , ".)'#( ".#1(( ".)$() . ".(*1 /

i[!"]

K[#$%uel ta]

&[!"]

'[%uelta ]

([#]

&"

&'("

$1

#&

1'"(""

"E)p[#$K  "eo[#$K  g!"] g!"] )"*1.'#1

)1$#

*EE

*E

&.&(

*'.'(

&&

$"

))

1&1"""

)%'$.1$

).(*

*(.)1

&1

$"

("

1%'(""

%'$#.%'

*.()

*".)#

1#

$"

)*

1%)'("

)%%'.(*

%.#

*#.)

&"

$"

#1

1#''("

)'%".#$

1%

$'

Tabla 2. Determinación de la entalpia de vaporización del agua

Evento + , . / 1

m[Kg]

K[#$%uelta] '[%uelta]

"."1 "."1 "."1 "."1 "."1 "."1

&'("

$ ' ' $ ' '

([#]

0&ge)p[#$Kg]

&&""" 1*&(" 1*&(" &&""" 1*&(" 1*&("

&&""""" 1*&(""" 1*&(""" &&""""" 1*&(""" 1*&("""

0>eo[#$Kg]

*EE

*E

&&(#(""

&.("%$'$ 1).#*"$* 1).#*"$* &.("%$'$ 1).#*"$* 1).#*"$*

*'.)*#1& $(.%"*11 $(.%"*11 *'.)*#1& $(.%"*11 $(.%"*11

An2lisis de resultados 3ara la obtención y llenado de las tablas &ue necesario basarnos en las siguientes &ormulas4

[

Q [ J ]= N  [ Vuelta ]∗ K 

Q [ J ]=  exp

h"ge%p =

[

]

J  (1 ) Vuelta

Q [ J ] J  J  ∗m [ Kg ]∗( T"  [ !  ]−T# [ !  ] ) $  exp = (2 )  Kg!    Kg!   magua [ Kg ]∗( T"  [ ! ] −T# [ !  ] ) agua

]

Q [ J ] maguae&aporada [ Kg ]

[

]

 ( 3)

7

|

 exp

'EE=

[

] [

[ ]

 Teo

J  !    Kg

|

] ∗(

J  J  !   − Teo !    Kg  Kg

100 ) ( 4 )

'E =100−'EE

En donde4 5>eo [#$Kg]6 &*#*"'$.*)' +,-g/0 de la cidad de me2ico magua [Kg] 34asa del aga contenida en el termo. i [!"] 3 Temperatra inicial del aga. & [!"] 3 Temperatra 5inal del aga. ' [%uelta] 3 Número de 6eltas 7e gira el disco del 8attor!metro. K [#$%uelta] 3 9onstante del 8attor!metro. ( [#] 3 9alor sministrado con la resistencia de inmersión. "E)p [#$Kg!"] 3 9apacidad t:rmica especi5ica del aga obtenida del e2perimento. "eo [#$Kg!"] 3 9apacidad t:rmica especi5ica del aga real. *EE 3 ;rror de e2actitd entre el 6alor real < e2perimental. *E 3 =orcenta>e de e2actitd 7e tiene el 6alor e2perimental respecto al 6alor real.

En la Tabla 1. Determinación de la capacidad térmica específica del agua. Se llegó a los )alores apro1imados al emplear la fórmula A, pues era indispensable encontrar la capacidad t/rmica especifica del agua. 2ientras a la tabla A para llegar a un )alor e1perimental de la entalpia de )aporización del agua, esta se obtu)o al medir  despu/s del punto de ebullición & empleando la fórmula C. Los )alores que se utilizaron en la resolución de la formulas se obtu)ieron con las mediciones de números de )uelta del -att+orímetro en un inter)alo de )ariación de temperatura "cuando esta alcanzara los 57 >(, para ello era necesario tomar su temperatura inicial del agua#.

"onclusiones individuales 8

7lvare8 9almerón :ario Alberto4 (on base en el primer objeti)o de la práctica, se realizó el e1perimento con a&uda de las cinco brigadas del grupo, teniendo masas de agua diferentes se lle)aron +asta una temperatura final fija de 57>(, se registró la cantidad de energía empleada para lle)ar a cabo este proceso & al final se +icieron los cálculos necesarios para determinar de manera e1perimental la capacidad t/rmica específica del agua. Los )alores obtenidos por las cinco brigadas fueron bastante cercanos al )alor real, por lo que el porcentaje de error e1perimental fue pequeJo debido a la e1actitud en la toma de mediciones de temperatura & masa. 4ara el segundo objeti)o se midió la cantidad de energía necesaria para e)aporar '7 gramos de agua a presión constante0 con lo que obtu)imos, despu/s de los cálculos pertinentes la entalpía de e)aporación del agua. De forma similar al primer e1perimento se contaron las )ueltas en el $att+orímetro +asta que la balanza de triple brazo marcaba una disminución de '7 gramos en la masa de agua. inalmente, se obtu)o el )alor  e1perimental de la entalpia que fue cercano al real sólo en A e)entos, &a que el cálculo dependía de la cantidad de )ueltas contadas & los que se registraron con 5 )ueltas fueron los más acertados. El porcentaje de error "ma&or al del primer e1perimento# es debido a la precisión que se tu)o al medir la masa de agua e)aporada porque al estar en proceso de ebullición se dificultaba determinar el momento e1acto en que los '7 gramos se +abían e)aporado. Se puede concluir mencionando que los objeti)os de la práctica fueron cumplidos con /1ito & se identificaron las causas de los errores. 4or último, como se mencionó en clase se obser)ó que la cantidad de energía para calentar & posteriormente e)aporar agua es mu& grande por lo que es necesario e)itar desperdiciar energía el/ctrica.

;r