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Calor de fusión del hielo - Monografía



 
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Física. Energía térmica. Temperatura. Cambio de estado. Calor latente



Práctica



PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
LABORATORIO #4.
CALOR DE FUSION DEL HIELO

PRESENTACIÓN DEL LABORATORIO:  28 - 09 - 2001

LUGAR DONDE SE REALIZO PRACTICA: Laboratorio de Química de la Pontificia Universidad Javeriana seccional Cali  21- 09 - 2001

1. RESUMEN



En este laboratorio el calor de fusión del hielo lo determinaremos tomando un trozo de hielo seco con una temperatura inicial de   y vertiéndolo en el calorímetro (sistema compuesto por un vaso de aluminio con una masa determinada y agua con una temperatura y una masa inicial determina; en un recipiente y con tapa que actúan como aislante térmicos). Después de que el hielo se derrite medimos la temperatura, la cual será la temperatura de equilibrio y medimos la masa del calorímetro con el agua y el hielo derretido con estos datos y los demás datos tomados con anticipación   podremos calcular las calorías necesarias para los diferentes procesos al igual que calcular el calor de fusión del hielo.

2. INTRODUCCIÓN



En este laboratorio encontraremos el calor latente de fusión del hielo. Cuando un sustancia cambia su temperatura ocurre un cambio de estado o de fase. El cambio de fase de una sustancia tiene lugar a temperaturas y presiones definidas.  El paso de sólido a gas se denomina sublimación, de sólido a líquido fusión, y de líquido a vapor vaporización. Si la presión es constante, estos procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de fase se llama calor latente; Existen calores latentes de sublimación, fusión y vaporización. El calor que se absorbe sin cambiar la temperatura es el calor latente.


3.  MARCO TEORICO



CALOR LATENTE



Una sustancia suele experimentar un cambio en su temperatura cuando se transfiere energía térmica entre la sustancia y sus alrededores. sin embargo, hay situaciones en las cuales la transferencia de energía térmica no produce un cambio de temperatura. Este es el caso siempre que las características tísicas de la sustancia cambian de una forma a otra, lo que comúnmente se conoce como un cambio de fase. Algunos cambios de fase comunes son sólido a líquido (fusión), líquido a gas (ebullición) y un cambio en la estructura cristalina de un sólido. Todos los cambios de fase implican un cambio en la energía interna.
La energía térmica necesaria para cambiar la fase de una masa dada, m, de una sustancia pura es

Q = mL

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Grafica de una temperatura contra la energía añadida cuando 1 g de hielo inicialmente a 30° C se convierte en

Donde  L recibe el nombre de calor latente (calor “oculto”) de la sustancia4 y depende de la naturaleza del cambio de fase así como de las propiedades de la sustancia. El calor latente de fusión, Lf, es el término utilizado cuando el cambio de fase es de sólido a líquido (”fusionarse” significa fundirse, derretirse), y calor latente de vaporización, Lv,  se emplea cuando el cambio de fase es de líquido a gas

4. OBJETIVOS



- Reconocer el calor como una forma de energía.
- Ampliar el concepto de conservación de la energía a procesos que involucran transferencia de calor.
- Determinar el calor de fusión del hielo.

4. MATERIALES Y EQUIPOS



- Cuerpos sólidos cilíndricos diferentes materiales (COBRE, HIERRO, ALUMIMIO)
- Agua (también puede usarse agua salada, alcohol, glicerina, etc.)
- Recipiente con tubo de rebose.
- Beaker.
- Balanza de laboratorio.
- Calibrador pie de rey.

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5. PROCEDIMIENTO



1.    Se Pesa el calorímetro en la balanza
2.    Se pesa el calorímetro con una cantidad de agua conocida
3.    Se Obtiene el peso del agua a través del pasaje  anterior
4.    Se mide la temperatura inicial del calorímetro y agua, es decir la misma temperatura ambiente
5.    Se mide la temperatura inicial a la cual se encuentra el hielo
6.    Se coloca la muestra de hielo dentro del calorímetro
7.    Se coloca el termómetro dentro del sistema (agua-hielo-calorímetro)
8.    Se mide la temperatura dentro del calorímetro cuando el hielo se derrite
9.    Se realizan todos los pasos anteriores con otra muestra de hielo

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6. DATOS Y RESULTADO



Tabla 1
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7.    PREGUNTAS



- ¿Un bloque grande de hielo a 0 oC tiene más energía térmica que una tasa de té caliente a 100 oC?. Explique.
- Dos cucharas de la misma masa una de oro y otra de vidrio sumergidas en una tasa de café caliente, alcanzarán una nueva temperatura de equilibrio junto con el café. ¿Cuál cuchara requerirá mayor cantidad de energía térmica para alcanzar la temperatura de equilibrio?. ¿Porqué?.
- ¿La evaporación como tal es un proceso térmico de enfriamiento o de calentamiento?.

8.    ANÁLISIS DE RESULTADO



ANALISIS DE RESULTADOS


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MUESTRA 1:



11.Cambio de temperatura del agua y del calorimetro:

8916.gif

12.Calor perdido por el calorimetro :

8917.gif

(0,073Kg)(500J/KgºC).(-14.2ºC)= -911.73J

13.Calor perdido por el agua
8918.gif

14.Total de calor perdido:

8919.gif

15.Calor necesario para elevar la temperatura del agua resultante de la fusión del hielo hasta la temperatura de equilibrio:

8920.gif

16.Calor usado para derretir el hielo:

8921.gif

17.Calor de Fusión del hielo:

8922.gif

19.Error(E):

8923.gif

Porcentaje de error:

Error relativo(R):
8924.gif

8925.gif

Error Porcentual(P):

8926.gif

MUESTRA 2:



11.Cambio de temperatura del agua y del calorimetro:
8927.gif
12.Calor perdido por el calorimetro :

8928.gif

(0,073Kg)(500J/KgºC).(-15.7ºC)= -1031,49J

13.Calor perdido por el agua
8929.gif

14.Total de calor perdido:

8930.gif

15.Calor necesario para elevar la temperatura del agua resultante de la fusión del hielo hasta la temperatura de equilibrio:

8931.gif

16.Calor usado para derretir el hielo:

8932.gif

17.Calor de Fusión del hielo:

8933.gif

19.Error(E):

8934.gif

Porcentaje de error:

Error relativo(R):

8935.gif

Error Porcentual(P):

8936.gif

- ANALISIS DE INCERTEDUMBRES



Debido a que en el proceso de pesaje se involucra tanto el instrumento como la persona la incertidumbre asociada a las masas será de 0.005 gramos ya que no podemos estar seguros que la bascula estaba bien calibrada ni que en el momento de tomar la medida el observador tuvo el suficiente cuidado al medir el peso.

La incertidumbre asociada a la temperatura será de 0.5  debido a los mismos motivos de la incertidumbre de las masas.
La incertidumbre de el cambio de temperatura es: 8937.gif

Como la masa del agua depende de la resta de la masa del calorímetro con agua menos la del calorímetro su incertidumbre será 0.16g

Al igual que la masa del agua, la masa del hielo fue el resultado de la resta de la masa del calorímetro mas agua mas el hilo derretido menos la masa del calorímetro mas agua, entonces la incertidumbre asociada será 0.16g

Donde el Calor = es el calor ganado o perdido,  8938.gif = la incertidumbre de la masa, M = la masa utilizada en el calculo, 8939.gifla incertidumbre del cambio de temperatura y 8940.gif el cambio de temperatura.  Como estas incertidumbres son asociadas tanto como a la incertidumbre de la masa y de la temperatura se puede observar que son un poco altas ya que la medición de los calores requiere de otros procesos tales como la medición de la masa y la temperatura, entonces las incertidumbres en el experimento serian mas altas.
El calor especifico del agua y el aluminio son tomados como valores verdaderos estos no tendrán una incertidumbre.

9. CONCLUSIONES


10. BIBLIOGRAFÍA



- Física Fundamental 1. Michael Valero. Editorial Norma, Colombia. 1996.
- Física Vol. I. La naturaleza de las cosas. Susan M. Lea, John Robert Burke. Editorial international Thomson. México 1999
- Física tomo I. Cuarta edición. Raymond A. Serway. Editorial McGraw-HILL. México 1997
- Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A. Barcelona (España); 1933
- Física I, grado 10º. Eduardo Zalamea, Roberto Paris E, Jairo Arbey Rodríguez. Educar Editores, Bogota 1985
- Mecánica. ENOSA MA-1. Guía de experiencias. Departamento de material didáctico de ENOSA. José Luis Hernández; José Maria Vaquero, Maria Jesús Carro, Carlos Parejo.
- Guía

Autor:

Carolina Ospina





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