DETERMINACION DEL CALOR ESPECÍ

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DETERMINACION DEL CALOR ESPECÍ-FICO
DEL ETILENGLICOL POR EL MÉTODO DEL
CALENTAMIENTO
OBJETIVO
Determinación de la entalpía específica (o calor específico a presión constante) del
etilenglicol usando un calorímetro mediante el método del calentamiento.
MATERIAL
Vaso Dewar con imán teflonado. Agitador magnético. Resistencia de calefacción.
Fuente de alimentación de ca. Watímetro digital. Termómetro digital con interface para
adquisición de datos por ordenador. Vaso con etilenglicol.
TEORÍA
Una cierta cantidad de un líquido de calor específico conocido Cp se encierra dentro de
un calorímetro adiabático. Si mediante una resistencia eléctrica (que disipa una potencia
W) se va calentando, entre t y t+dt se cumplirá:
W dt = m C P dT + C dT
donde m es la masa del líquido, dT el incremento diferencial de temperatura (del líquido
y el calorímetro) y C la capacidad calorífica del calorímetro.
Suponiendo constantes todos los parámetros de la ecuación anterior, se puede integrar
fácilmente, llegando a una dependencia lineal de la temperatura con el tiempo:
W
T (t ) =
t + T0 ,
m CP + C
donde T0 es una constante de integración que representa la temperatura en el instante
t=0. Si experimentalmente se obtienen pares de valores temperatura - tiempo {T,t}, se
podrán ajustar a una recta por mínimos cuadrados. De la pendiente de la recta se podrá
determinar o bien C (si Cp es conocido) o bien Cp (si C es conocido).
MÉTODO
Es necesario hacer dos calentamientos, primero con agua, para calibrar el calorímetro
(o sea, obtener C) y luego con etilenglicol, para medir su Cp.
El calorímetro de que se dispone en el laboratorio es un vaso Dewar. Primero se llenará
de unos 750 cm3 de agua. La masa se determina por diferencia de peso entre el
Dewar+imán vacío y el Dewar+imán lleno. Se coloca el Dewar sobre el agitador
magnético y se pone éste en marcha, ajustando la velocidad para que el imán agitador
gire libremente en el fondo del vaso. A continuación se introduce la resistencia de
calefacción, con el termómetro. Se conecta la potencia de calefacción (colocando la
fuente en 10 o 12 V ca es adecuado), se esperan unos minutos a que se alcance el estado
estacionario y se empiezan a medir puntos {T,t}. Para la adquisición de los pares {T,t}
se dispone de un sistema de adquisición de datos de temperatura, controlado por el
software CENT. Debe ejecutarse dicho programa de ordenador, aparece una ventana
que muestra las temperaturas de dos canales (en principio nos interesa sólo la de uno de
ellos). En la barra de menú de la ventana principal, bajo el epígrafe “Archivo” aparece
el comando “Guardar puntos en un archivo”. Al ejecutar dicho comando, el software
nos pregunta cada cuánto tiempo (en s) debe almacenar en el archivo (30 s es un buen
valor) y el nombre del archivo de salida. Debemos estar guardando puntos en el archivo
hasta que la temperatura del líquido alcance unos 15ºC por encima de la temperatura
inicial a la que se empezó a guardar puntos. El archivo de salida es un archivo ASCII de
tres columnas conteniendo tiempo (medido con el reloj del ordenador), temperatura del
canal 1 y temperatura del canal 2, los tres campos separados por comas. Dicho archivo
puede leerse, en principio, con cualquier software comercial de tratamiento de datos:
“ORIGIN”, “MSEXCEL”, etc., para realizar las gráficas y los ajustes. Del ajuste lineal
de la recta de calentamiento del agua, se obtiene la capacidad calorífica del calorímetro.
A continuación se vacía el vaso, se secan bien los restos de agua y se llena con un
volumen semejante de etilenglicol. De nuevo se determina la masa por pesada. Se
adquieren nuevos pares {T,t } utilizando la misma potencia que antes. Del ajuste lineal
de estos puntos se puede obtener la capacidad calorífica del etilenglicol. Tras la medida,
devolver el glicol al vaso y lavar bien el Dewar, procurando que no queden rastros.
Tanto en el caso del calentamiento del agua del glicol, conviene ir vigilando la potencia,
porque puede fluctuar apreciablemente. Es bueno ir midiendo y anotando la potencia
que marca el watímetro digital mientras se va calentando el líquido, cada minuto por
ejemplo, para luego determinar un valor promedio de la potencia utilizada, que es el que
se usará en los cálculos.
ADVERTENCIAS: No ingerir etilenglicol, puede ser nocivo. Lavarse bien las manos
tras manipularlo. No dar potencia calefactora con la resistencia al aire. No usar el
calentador del agitador magnético.
RESULTADOS
1. Tablas de valores {T,t} para el agua y el etilenglicol, indicando potencia y masas
utilizadas.
2. Representación gráfica de las rectas {T-t} tanto para el agua como para el glicol.
3. A partir del ajuste de la recta del agua, determinar la capacidad calorífica del
calorímetro y su equivalente en agua, con los correspondientes errores.
4. A partir del ajuste de la recta del glicol, determinar su calor específico, usando el
valor de C del punto anterior. Cálculo de errores correspondiente.
CUESTIONES
1. Comparar el valor obtenido para la Cp del etilenglicol con el que aparece en el libro
de tablas del laboratorio. Determinar la desviación del valor experimental al valor
tabulado en %. ¿Es significativa dicha diferencia?
2. Estimar el error sistemático máximo que se introduce en el experimento por el
hecho de considerar la Cp del agua constante. ¿En qué sentido actúa este error?.