1. CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
Determinación del calor latente de vaporización Lv
Estructura M. Teórico Cálculos Análisis Conclusiones
Vivian Beltrán Jaramillo, Daniela Rincón Barón, Dayana Martínez Colon, Linda Alcala.
Profesor Brenda Rodríguez. Grupo RD3 – Mesa 5. 02-04-2013
Laboratorio de Física de Calor Ondas, Universidad de la Costa, Barranquilla
Resumen
Para el análisis de este experimento se
hizo necesario la utilización de
diversos materiales como un
termómetro, un Beaker, una probeta,
una balanza, agua, Erlenmeyer, una
pequeña manguera y el calorímetro
los cuales nos permitieron además de
medir la masa y la temperatura, ver
como el agua cuando es sometida a
altas temperaturas cambia de fase
debido a la energía entregada en
forma de calor lo cual hará que el
agua pase de un estado líquido a un
estado gaseoso, y así por medio de
una ecuación hallar su calor latente de
vaporización.
Palabras claves
Temperatura, calor latente, volumen, masa,
vaporización.
Abstract
For the analysis of this experiment was
necessary to use various materials as a
thermometer, a beaker, a test tube, a
balance water Erlenmeyer a small
calorimeter hose and which also allowed us
to measure the mass and temperature, see
how the water when subjected to high
temperatures due to phase change energy
delivered in the form of heat which will
cause the water to pass from a liquid to a
gaseous state, and thus through an
equation to find its latent heat of
vaporization.
Key words
Temperature, latent heat, volume, mass,
vaporization.
1. Introducción
Dentro de la naturaleza existen diversos
fenómenos relacionados con los cambios
de estado de la materia tales como los que
existen en el agua y los cuales esta
experiencia busca analizar, esto a través
de un estudio físico del comportamiento de
esta sustancia cuando es sometida a
temperaturas especificas consiguiendo que
pase de estado liquido a gaseoso, este
trabajo experimental tiene como finalidad
específica identificar, analizar y determinar
el calor latente de vaporización, esto
además teniendo en cuenta los conceptos
mencionados en clase e investigados.
2. Fundamentos Teóricos
Es bien sabido que el agua es la sustancia
biomolecular más abundante, la más
importante, y la sustancia que más cambios
y fenómenos presenta en su estructura
físico química.
Referente a lo anterior se pueden destacar
algunas de las propiedades físicas como su
punto de ebullición (100°) y su punto de
fusión (0°) estas dos están estrechamente
relacionadas con la presión atmosférica
pues permiten que se mantenga estable,
así como también permiten el desarrollo de
procesos vitales.
Es debido relacionar lo anterior con
términos como:
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calor latente de vaporización: Todo
líquido tiene una temperatura a la que
comienza a evaporase.
Cuando se entrega energía en forma de
calor al líquido, ésta energía se utiliza para
aumentar la temperatura del mismo.
Cuando alcanza la temperatura de
vaporización, la energía se utiliza para el
cambio de estado de líquido a gaseoso,
pero esta transformación no es istantanea.
En ese momento hay presencia de vapor
húmedo. La energía que se sigue
entregando hace que el vapor se vaya
secando hasta la humedad 0, en ese
instante hay vapor seco. La energía que se
entregó en Kcal (kilocalorías) para secar el
vapor, por unidad de masa es lo que se
llama calor latente de vaporización, y esta
unidad es singular para cada líquido, como
lo es el peso específico.
Por ejemplo si se calienta agua, cuando
ésta llega a 100 °C comienza a evaporarse,
aunque se siga entregando calor, éste va a
hacer que el agua se evapore por
completo, pero la temperatura se
mantendrá siempre a 100°C, cuando se
haya evaporado toda el agua y si se sigue
calentando, recién ahí comenzará de nuevo
a subir la temperatura.
La energía entregada desde que el agua
llegó a 100°C hasta que comienza de
nuevo a subir la temperatura, dividido la
masa de agua sería el calor latente de
vaporización.
Por otro lado se puede entender pensando
en cuando se coloca un líquido dentro de
un recipiente abierto y se comienza a
suministrarle calor, la temperatura del
líquido comenzará a elevarse de manera
continua. Esta elevación de temperatura se
mantendrá, hasta que el líquido entre el
ebullición, a partir de ese momento, la
temperatura permanecerá constante
mientras exista líquido en el recipiente, y
toda la energía suministrada de ahí en
adelante, se utilizará para cambiar el
estado de líquido a gas. Durante ese
proceso de temperatura invariable, en el
recipiente coexistirán las dos fases.
Esa cantidad de energía absorbida durante
el proceso de evaporación de un líquido en
ebullición se conoce como calor latente de
evaporación.
Fig 1 vaporización
Podemos entonces definir el calor latente
de evaporación como la cantidad de calor
absorbido por una unidad de masa de un
líquido para pasar del estado líquido al
gaseoso.
3. Desarrollo experimental
A partir de la utilización de los elementos
mencionados anteriormente pudimos
calcular el equivalente en agua del
calorímetro.
Primera parte de la experiencia: hallar k
En primer lugar con la probeta medimos
100 ml de agua a temperatura ambiente,
hallamos su masa con la balanza y su
temperatura con el termómetro.
Figura.2 Probeta Figura.3 Termómetro
Luego vertimos agua en el Baker y con el
mechero procedimos a aumentar la
temperatura a 80°C.
Figura.4 Baker
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Figura.5 Mechero
Después de tener la temperatura deseada
de 80°C, medimos 100 ml de agua a esa
temperatura, y hallamos su masa también
con la balanza.
Figura.6 Balanza
Luego en el calorímetro vertimos los 100 ml
de agua a temperatura ambiente y los 100
ml de agua a 80°C y al tenerlos ahí con la
seguridad de que el calorímetro esta bien
cerrado debemos agitar durante un minuto
para posteriormente hallar la temperatura
de equilibrio con el termómetro, y así
calcular el equivalente en agua del
calorímetro.
Figura.7 Calorimetro
Segunda parte de la experiencia: hallar
calor latente (Lv)
Teniendo ya el valor de k, medimos 100 ml
de agua a temperatura ambiente en la
probeta y determinamos su masa con la
balanza y su temperatura con el
termómetro, y luego lo vertimos en el
calorímetro.
Seguidamente vertimos 200 o 300 ml de
agua en el Erlenmeyer y lo calentamos con
el mechero.
Inmediatamente de forma rápida apenas
notemos que el agua ya está vaporando y
esta se encuentra haciendo grumos
conectamos una pequeña manguera que
va desde el Erlenmeyer hasta el
calorímetro, para q así este reciba cierta
cantidad de agua en forma de vapor, y
luego posteriormente poder hallar su
temperatura en equilibrio después de
haberlo agitado durante un minuto.
Por ultimo desconectamos el calorímetro
de la manguera medimos su masa y a esta
masa total le restamos la masa sola del
calorímetro hallada ya previamente y la
masa de los 100 ml de agua a temperatura
ambiente, para así medir la cantidad de
agua en forma de vapor que fue transferida
al calorímetro.
4. Cálculos y análisis De Resultados
Teniendo en cuenta la ecuación 1 podemos
hallar el valor de k, sabiendo que:
Masa de 100 ml de agua a temperatura
ambiente (M)= 98.1
Masa de 100 ml de agua a 80 °C (m)= 95.1
Temperatura de equilibrio (Te)= 46°C
Temperatura ambiente (Tamb)= 26°C
Temperatura a 80°C (T)
Remplazando los valores determinamos
que:
Calor especifico del cobre:
Teniendo en cuenta la ecuación 2 para
hallar el calor específico, sabemos que:
K= 63.57
Masa de 100 ml de agua a temperatura
ambiente (M)= 97.8
Masa del solido (m)= 38.9
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Temperatura de equilibrio (Te)= 28°C
Temperatura ambiente (Tamb)= 26°C
Temperatura del solido (T)= 80°C
Calor especifico del agua (CH2O)=1 cal/g.
°C
Remplazando los valores determinamos
que:
Comparando el valor que aparece en las
tablas sobre el calor especifico del cobre el
cual es 0.092, hallamos el error relativo el
cual se determina como el cociente (la
división) entre el error absoluto y el valor
exacto, con el fin de ver el margen de
incertidumbre entre la medida real y las
medidas tomadas por nosotras y
obtenemos que:
Calor especifico del hierro:
Teniendo en cuenta la ecuación 2 para
hallar el calor específico, sabemos que:
K= 63.57
Masa de 100 ml de agua a temperatura
ambiente (M)= 97.8
Masa del solido (m)= 38.4
Temperatura de equilibrio (Te)= 26°C
Temperatura ambiente (Tamb)= 24°C
Temperatura del solido (T)= 80°C
Calor especifico del agua (CH2O)=1 cal/g.
°C
Remplazando los valores determinamos
que:
Comparando el valor que aparece en las
tablas sobre el calor especifico del hierro el
cual es 0.107, hallamos el error relativo el
cual se determina como el cociente (la
división) entre el error absoluto y el valor
exacto, y obtenemos que:
Nota: hay que tener en cuenta que los
valores de calor especifico del agua, el
hierro y el cobre los trabajamos con las
unidades de medida cal/g. °C
5. Conclusiones
Teniendo en cuenta que si tenemos un
líquido dentro de un recipiente y
comenzamos a cederle calor, la
temperatura del líquido comenzara a
subirse de manera continua. Esta
elevación de temperatura se
mantendrá, hasta que el líquido entre
el ebullición, y a partir de ese
momento, la temperatura
permanecerá constante mientras
exista líquido en el recipiente pues
toda la energía suministrada de ahí
en adelante, se utilizará para cambiar
el estado de líquido a gas. Esa cantidad
de energía absorbida durante el proceso de
evaporación de un líquido en ebullición se
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conoce como calor latente de evaporación.
En esta experiencia pudimos ver que el
calor latente de vaporización del agua es
de ( …) aproximadamente, considerando
los errores los cuales se pudieron presentar
quizás por algún daño del instrumento
,porque se escapaba vapor de la manguera
que conectaba el Erlenmeyer del
calorímetro o porque es difícil determinar
el momento en el que el agua entra en
ebullición y el momento en el que el
agua se evapora completamente. Al
comparar el valor obtenido en la práctica
con valores de calor latentes investigados
pudimos observar que el valor obtenido en
la práctica es (regular o acertado:
dependiendo lo que le dé a viví en el error )
ya que en los valores investigados
obtuvimos que el calor latente de
vaporización del agua es igual a 2257 kJ/kg
(539 kcal/kg) a 100 ºC.
Dado estos resultados y comparándolos
con los valores teóricos
proporcionados por los libros
se pudo concluir que el calor
latente de vaporización
contenía un error de
aproximadamente (…%(
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conoce como calor latente de evaporación.
En esta experiencia pudimos ver que el
calor latente de vaporización del agua es
de ( …) aproximadamente, considerando
los errores los cuales se pudieron presentar
quizás por algún daño del instrumento
,porque se escapaba vapor de la manguera
que conectaba el Erlenmeyer del
calorímetro o porque es difícil determinar
el momento en el que el agua entra en
ebullición y el momento en el que el
agua se evapora completamente. Al
comparar el valor obtenido en la práctica
con valores de calor latentes investigados
pudimos observar que el valor obtenido en
la práctica es (regular o acertado:
dependiendo lo que le dé a viví en el error )
ya que en los valores investigados
obtuvimos que el calor latente de
vaporización del agua es igual a 2257 kJ/kg
(539 kcal/kg) a 100 ºC.
Dado estos resultados y comparándolos
con los valores teóricos
proporcionados por los libros
se pudo concluir que el calor
latente de vaporización
contenía un error de
aproximadamente (…%(
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