Calor específico del etilenglicol por calentamiento

23.Determinación del calor especifico del etilenglicol por el método del calentamiento.
En esta práctica pretendemos determinar el calor específico a presión constante del etilenglicol (o entalpía
específica del mismo). Para ello utilizaremos el método del calentamiento en un calorímetro cuya capacidad
calorífica desconocemos. Este calorímetro está compuesto por un vaso Dewar colocado sobre un agitador
magnético y un imán que girará agitando el fluido que se encuentre en el interior del vaso Dewar. La tapa del
vaso contiene unos orificios a través de los cuales se introduce una resistencia eléctrica que deberá entrar en
contacto con el fluido y un termómetro. La resistencia está conectada a un vatímetro y éste a la fuente de
alimentación. En cambio, el termómetro está conectado a un ordenador y a través de un programa informático
obtendremos una tabla con las temperaturas del fluido en determinados momentos.
La resistencia provocará en un tiempo dt un aumento de temperatura dT en el conjunto fluido + calorímetro.
Por tanto, la potencia disipada (W) será, en ese intervalo:
(1)
, siendo C la capacidad calorífica del calorímetro. Pues si queremos determinar el calor específico del
etilenglicol deberemos,anteriormente, estimar la capacidad calorífica dicha. Para ello debemos utilizar un
fluido cuyo calor especifico Cp conozcamos, en este caso usaremos agua:
Si integramos la expresión (1) y despejamos la temperatura obtenemos:
(2)
,donde T0 representa la temperatura inicial del sistema. Hemos despejado la temperatura porque depende del
tiempo. De este modo tomamos pares de valores (T,t) y ajustamos la expresión (2) a una recta del tipo:
Pues procedemos a determinar la capacidad calorífica del calorímetro (C):
Pesamos el vaso Dewar con el imán y obtenemos su masa m:
g
Añadimos agua en el interior del vaso y medimos ahora m1:
g
Con lo que la masa de agua utilizada será:
g
g
g
Ponemos ahora todo el sistema en funcionamiento , conectamos la fuente de alimentación (aproximadamente
a 10 V) y medimos la temperatura del conjunto agua + calorímetro, a intervalos de 30 segundos, hasta que la
temperatura ha aumentado 15 °C. Con todos los datos obtenidos ajustamos a una recta tal y como habíamos
dicho. En la tabla adjunta hemos apuntado también los valores para la potencia W en los mismos intervalos.
Tanto la tabla como la regresión lineal están reflejados en las páginas siguientes. Los resultados obtenidos
1
son:
:
Tiempo (s)
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
930
960
990
1020
1050
1080
1110
1140
1170
Temperatura (°C)
21.5
21.5
22
22
22.5
22.5
23
23
23.5
23.5
24
24
24.5
24.5
25
25
25.5
25.5
26
26
26
26.5
26.5
27
27
27.5
27.5
28
28
28.5
28.5
28.5
29
29
29.5
30
30
30
30.5
Potencia (w)
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24
24.5
24.5
24.5
24
24
24
24.5
2
1200
1230
1260
1290
1320
1350
1380
1410
1440
1470
1500
1530
1560
1590
1620
1650
1680
1710
1740
1770
1800
1830
1860
1890
1920
1950
1980
30.5
31
31
31.5
31.5
32
32
32
32.5
32.5
33
33
33.5
33.5
33.5
34
34
34.5
34.5
35
35
35
35.5
35.5
36
36
36
24.5
24.5
24.5
24.5
25
24.5
24.5
24.5
24.5
24.5
24
24.5
24
24.5
24.5
24.5
24.5
24
24
24.5
24.5
24.5
24
24.5
24.5
24.5
24.5
Como es lógico, tomamos como valor para la potencia:
w
,ya que se ha repetido en la mayoría de las medidas.
La regresión lineal tiene la forma:
3
Los resultados obtenidos son:
Utilizando el valor W dicho y sabiendo que:
Obtengo que:
Ahora procedemos de igual modo con el etilenglicol: medimos la masa del vaso Dewar con una cierta masa de
éste:
g
g
g
g
La tabla con los pares de temperatura−tiempo y las potencias tomadas a intervalos de 30 segundos, junto con
la gráfica y el ajuste lineal se encuentran en las páginas siguientes:
Tiempo (s)
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
Temperatura (°C)
27
27.5
27.5
28
28.5
29
29
29.5
30
30.5
30.5
Potencia (w)
24
23.5
23
23
23
23.5
23.5
23
23
23
23
4
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
930
960
990
1020
1050
1080
1110
1140
1170
1200
1230
1260
31
31.5
32
32
32.5
33
33
33.5
34
34
34.5
35
35
35.5
36
36
36.5
37
37
37.5
38
38
38.5
39
39
39.5
40
40
40.5
41
41
23
23.5
23.5
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23.5
23
23
23
23
23
23
23
23.5
23
23
23
23
23
23
23
23
Tomamos como valor para la potencia aquél que más se ha repetido:
w
La regresión lineal queda como vemos:
5
Tomamos el valor dicho de W y calculamos Cp:
Miramos en un libro el valor teórico y obtenemos:
Puesto que nos dan el valor para moles de etilenglicol y nuestro resultado se refiere a la masa, hemos de
buscar la masa molecular del etilenglicol:
, para obtener el valor teórico referido a gramos:
Este resultado está expresado en kelvin, mientras que el obtenido experimentalmente lo está en grados
centígrados. Este detalle no influye, puesto que para calcular tanto el calor específico del calorímetro como el
del etilenglicol la temperatura influye solamente en la pendiente de la recta de regresión y esta pendiente será
la misma tanto si trabajamos en kelvin como en grados centígrados. Lo que variará será la temperatura inicial
(representada por A). Por tanto:
NOTA: Este detalle ha sido comprobado realizando la recta de regresión con las temperaturas expresadas en
Kelvin.
Si comparamos los dos valores (el teórico y el experimental):
,observamos que el valor teórico se encuentra dentro del intervalo de incertidumbre del valor experimental
(aunque sea por un margen pequeño). Podemos calcular la desviación del valor experimental respecto al
teórico en tanto por cien operando de la siguiente forma:
,ahora calculamos el porcentaje que representa esta cifra del valor tabulado y obtenemos:
%
El cual es un porcentaje ciertamente significativo, lo cual nos induce a pensar en algún error experimental o
de cálculo. Una posible fuente de error en las medidas podría haber sido la suciedad de los instrumentos
(como que el vaso Dewar contuviese impurezas al verter algún fluido).
6