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Facultad de Química, UNAM Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica
PRÁCTICA 6: CAPACIDAD TÉRMICA
Prof. Elizabeth K. Galván Miranda Prof. Ximena Villegas Pañeda
ObjeMvo general
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
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
Temperatura y calor • La temperatura es una función de estado que nos
permite saber si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
A B
C
Ley cero de la termodinámica
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
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
cerrado aislado abierto
Transferencia de calor: convención de signos
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
• Sistema egoísta
Ts Ta
Si Ts > Ta
Q
Como el sistema es egoísta: Q < 0
Convención de signos
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
• Sistema egoísta
Ts Ta
Si Ts = Ta Q = 0
Convención de signos
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
• Sistema egoísta
Ts Ta
Si Ts < Ta
Q
Como el sistema es egoísta: Q > 0
Tipos de procesos
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Ts Ta Q Ts Ta Q
Proceso exotérmico Proceso endotérmico
Qganado = –Qcedido
¿De qué depende la transferencia de calor?
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Depende de la naturaleza de la
sustancia
H2O 100 g 25°C
Fe + 100 g 100°C
Pb
+ 100 g 100°C
Fe
32.6°C
Pb
27°C
¿De qué depende la transferencia de calor?
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Depende de de la
canMdad de sustancia
H2O 100 g 20°C
≈ 21 kJ
H2O 1000 g 20°C
≈ 21 kJ
32°C
25°C
¿De qué depende la transferencia de calor?
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Depende de la diferencia de temperaturas
H2O 100 g 25°C
Pb + 100 g 100°C
Pb
+ 100 g 50°C
Pb
27°C
Pb
26.1°C
¿De qué depende la transferencia de calor?
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Depende de la naturaleza de la
sustancia
Depende de de la
canMdad de sustancia
Depende de la diferencia de temperaturas
Q!m"T
Q = cm!T
Q: calor transferido (cal) m: masa (g) ΔT = Tf − Ti: diferencia de temperaturas (K o °C) c: capacidad térmica específica
Capacidad térmica específica (c)
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
La canMdad de calor que absorbe 1 gramo de sustancia para
incrementar su temperatura 1 °C
Q = cm!T
¿Extensiva o intensiva?
c = Qm!T
calgºC!
"#
$
%&=
JkgK!
"#
$
%&=
BtulbºF!
"#
$
%&
Unidades:
Capacidad térmica (C)
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
La canMdad de calor que absorbe una sustancia para incrementar
su temperatura 1 °C
Q = cm!T
¿Extensiva o intensiva?
C = Q!T
calºC!
"#
$
%&=
JK!
"#
$
%&=
BtuºF
!
"#
$
%&
Unidades:
C = cm Q =C!T
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
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
1. Amarra 4 o 5 cilindros de metal con hilo nylon. Deja 15 cm de hilo para manipularlos.
2. Coloca 150 mL de H2O a Temperatura ambiente en el vaso de unicel. Tapa el recipiente e inserta el termómetro digital en la tapa.
3. 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).
4. 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.
5. Repite el experimento introduciendo los mismos cilindros de metal a 60, 80ºC y T ebullición
Resultados: C
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Exp. Ti (°C) agua
Ti (°C) metal
Teq (°C) ∆T agua (°C)
∆T metal (°C)
Q agua (cal)
Q metal (cal)
1
2
3
4
Procedimiento experimental: capacidad térmica especifica
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
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.
Resultados: c
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Exp. 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)
1
2
3
4
5
Laboratorio de Termodinámica. Prác<ca 6: Capacidad Térmica
Resultados: C Exp. Ti (°C)
agua Ti (°C) metal
Teq (°C) ∆T agua (°C)
∆T metal (°C)
Q agua (cal)
Q metal (cal)
1
2
3
4
