Capacidad Térmica

PRÁCTICA 6: CAPACIDAD TÉRMICA Prof. Elizabeth K. Galván Miranda Prof. Ximena Villegas Pañeda Facultad de Química, UNAM Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica ObjeMvo general Comprender los conceptos de capacidad térmica y capacidad térmica específica y las unidades en las cuales pueden ser expresadas. IdenMficar la influencia que Menen en diferentes fenómenos coMdianos Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Temperatura y calor •  La temperatura es una función de estado que nos permite saber si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico A
B
Ley cero de la termodinámica C
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Temperatura y calor •  El calor es la energía transferida entre dos sistemas que se encuentran a diferente temperatura Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Universo termodinámico sistema + alrededores abierto cerrado aislado Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Transferencia de calor: convención de signos •  Sistema egoísta Si Ts > Ta Ts Q Ta Como el sistema es egoísta: Q < 0 Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Convención de signos •  Sistema egoísta Ts Si Ts = Ta Ta Q = 0 Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Convención de signos •  Sistema egoísta Si Ts < Ta Ts Como el sistema es egoísta: Q > 0 Q Ta Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Tipos de procesos Ts Q Ta Proceso exotérmico Ts Q Ta Proceso endotérmico Qganado = –Qcedido
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica ¿De qué depende la transferencia de calor? H2O 100 g 25°C +
Pb
27°C Pb
+
100 g 100°C Fe
100 g 100°C 32.6°C Fe
Depende de la naturaleza de la sustancia Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica ¿De qué depende la transferencia de calor? ≈ 21 kJ H2O 100 g 20°C ≈ 21 kJ H2O 1000 g 20°C 32°C 25°C Depende de de la canMdad de sustancia Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica ¿De qué depende la transferencia de calor? +
H2O 100 g 25°C +
Pb
26.1°C Pb
100 g 50°C Pb
100 g 100°C 27°C Pb
Depende de la diferencia de temperaturas Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica ¿De qué depende la transferencia de calor? Depende de la naturaleza de la sustancia Depende de de la canMdad de sustancia Q ! m"T
Q = cm!T
Depende de la diferencia de temperaturas Q: calor transferido (cal) m: masa (g) ΔT = Tf − Ti: diferencia de temperaturas (K o °C) c: capacidad térmica específica Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Capacidad térmica específica (c) La canMdad de calor que absorbe 1 gramo de sustancia para incrementar su temperatura 1 °C Q = cm!T
Q
c=
m!T
Unidades: ¿Extensiva o intensiva? ! cal $ ! J $ ! Btu $
#
&=#
&=#
&
" gºC % " kgK % " lbºF %
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Capacidad térmica (C) La canMdad de calor que absorbe una sustancia para incrementar su temperatura 1 °C C = cm
Q = cm!T
Q = C!T
Q
C=
!T
Unidades: ¿Extensiva o intensiva? ! cal $ ! J $ ! Btu $
# &=# &=#
&
" ºC % " K % " ºF %
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Capacidad térmica Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Problema •  A través de una interacción energéMca entre dos sistemas, obtener la capacidad térmica y la capacidad térmica específica de un metal Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Procedimiento experimental: capacidad térmica 1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
Amarra 4 o 5 cilindros de metal con hilo nylon. Deja 15 cm de hilo para manipularlos. Coloca 150 mL de H2O a Temperatura ambiente en el vaso de unicel. Tapa el recipiente e inserta el termómetro digital en la tapa. Introduce los cilindros en un baño a 40 °C por 3 min. Mantén el termómetro en el H2O durante ese Mempo. Transcurridos 3 min, el H2O y el metal deben estar en equilibrio térmico. Registra la temperatura (este valor corresponderá a la temperatura inicial del metal). Transfiere rápidamente los cilindros al vaso de unicel que conMene el H2O a T ambiente. Agita suavemente durante tres minutos. Registra la temperatura final del metal y del H2O. Repite el experimento introduciendo los mismos
cilindros de metal a 60, 80ºC y T ebullición
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Resultados: C Exp.
1 2 3 4 Ti (°C) agua Ti (°C) metal
Teq (°C)
∆T agua ∆T metal (°C)
(°C)
Q agua (cal)
Q metal (cal)
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Procedimiento experimental: capacidad térmica especifica 1. Coloca 150 g de H2O a T ambiente en un vaso de unicel y registra su valor. 2. Amarra un hilo a uno de los cilindros metálicos para poderlo manipular. 3. Introduce durante 3 min el cilindro en un baño de temperatura constante a 70 °C 4. Registra la temperatura inicial del metal. 5. Transfiere rápidamente el cilindro metálico al recipiente que conMene H2O a temperatura ambiente. 6. El cilindro debe quedar totalmente cubierto de H2O. Registra la Teq después de transcurridos 3 min. 7. Repite el mismo procedimiento con dos, tres, cuatro y cinco cilindros de metal. 8. Para cada caso determina la masa de los cilindros. Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Resultados: c Exp.
1 2 3 4 5 Masa metal (g)
Ti metal (°C)
Ti agua (°C)
Teq (°C)
∆T agua (°C)
∆Tmetal (°C)
Q agua (cal)
Q metal (cal)
C metal (cal/°C)
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica Resultados: C Exp.
1 2 3 4 Ti (°C) agua Ti (°C) metal
Teq (°C)
∆T agua ∆T metal (°C)
(°C)
Q agua (cal)
Q metal (cal)