MEDIDA DEL CALOR

Mechero de gas Mechero de alcohol Calentador eléctrico

Vamos a calcular el calor que nuestro mechero de camping-gas transmite a un vaso de precipitados con agua, midiendo solamente tiempos y temperaturas. ¿Qué % del calor total pasa al agua?

Ponemos el vaso de precipitados con 200 g de agua ( ver como medirlos )

Centramos el vaso en la rejilla de amianto y colocamos debajo el mechero con su extremo centrado a una distancia de 2 cm (medidos) de la rejilla.

Introducimos en el agua la sonda que está conectada al aparato de registro automático y que se encarga de tomar la temperatura cada minuto. Si no disponemos de este aparato un simple termómetro y un reloj son suficientes para saber la variación de la temperatura con el tiempo.

montaje

Manipulamos la entrada de aire hasta conseguir una combustión óptima.

mechero

En la foto inferior la llama tiene el máximo poder calorífico y el amianto extiende el calor sobre toda la zona para lograr un calentamiento homogéneo en la base.

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Si el vidrio del vaso no es Pirex un calentamiento local fuerte puede dar lugar a unas tensiones por dilatación que pueden romperlo.

Medimos la temperatura minuto a minuto. Transcurridos cinco minutos podemos suponer que la rejilla de amianto alcanzó su temperatura de equilibrio y que a partir de ahora todo el calor que recibe se transmite al vaso y a sus alrededores.

Anotamos la temperatura durante otros cinco minutos, de minuto en minuto y, mientras lo hacemos, agitamos para uniformizar la temperatura. El aparato de registro nos muestra estos datos:

tabla grafica

Después de esta experiencia obtenemos esta tabla de Temperatura - tiempo

tabla 2

TIEMPO (minutos) inicial 5 6 7 8 9 10
TEMPERATURA ( ºC ) 17 37,3 42,7 45,9 53,4 56,8 60,3

A pesar de la oscilación, que puede ser debida a que no hemos agitado bien, la pendiente de la recta es uniforme. Realizamos varias veces la experiencia y siempre aparecen pequeñas oscilaciones en diferentes sitios.

En la tabla vemos que en 5 minutos la temperatura pasó de 37,3 a 60,3 º C lo que supone un aumento de 23 ºC

Repetimos la experiencia, promediamos los valores y hallamos los incrementos en distinto tramos de temperaturas (del minuto 7 al 12, etc). Obtenemos un aumento de temperatura de unos 20º cada 5 minutos. No aventuramos mayor exactitud y admitimos una imprecisión de aproximadamente 2 ºC.

El calor recibido por el agua del vaso en esos 5 minutos ha sido: DQ=m.Ce.( TFTO )

El calor específico del agua es 1 si lo definimos en calorías /g.grado: 1 gramo de agua líquida necesita el aporte de 1 caloría para elevar un grado su temperatura. En el S.I. el Ce del agua es 4180 J / kgºC.

DQ=0,2· 4180· 20=16.720 ± 1500J

Lo que más puede alterar nuestros datos son los dos grados de incertidumbre ya que la incertidumbre de la masa es mucho menor. Admitimos una imprecisión de unos 1.500 J.

Deducimos que esta es la energía calorífica que nuestro vaso recibirá siempre de ese mechero, colocado de esa forma, durante cinco minutos.

Calor que entrega el mechero en un tiempo determinado

Consultamos en un libro el poder calorífico del gas de una bombona (es una sustancia químicamente no bien definida pues varía según la procedencia y no es tan exacto como conocer la combustión del butano puro) y obtenemos 46 MJ/kg=46.000 J/g.

pesar

Pesamos el mechero de camping-gas y lo mantenemos encendido con una llama óptima durante treinta minutos. Después lo apagamos y dejamos que se enfríe. Una vez enfriado volvemos a pesarlo y observamos una disminución de su masa.

En media hora su masa disminuyó 18 g

Cuando quedaba menos gas en la bombona realizamos otra medida del gas consumido y el valor obtenido fue menor. Este fenómeno no lo entendemos porque en el interior de la bombona, por encima del butano líquido, el butano gas está siempre a la misma presión aunque quede menos líquido en la bombona.

Promediamos los valores y admitimos que en 5 minutos se queman 3 g . Admitimos un error de 0,1 g

Por lo tanto en cinco minutos se queman 3 g que desprenden:

46.000 J/g ·3 g=138.000 J

Rendimiento

Vamos a calcular el rendimiento del proceso de calentamiento del agua del vaso.

Conocemos el calor que dió el mechero en cinco minutos y sabemos la cantidad de calor que fue a parar al agua del vaso en el mismo tiempo. El tanto por ciento de aprovechamiento es de:

Rendimiento=(16.720 /138.000)·100=12%

Conclusiones

Hemos repetido varias veces la experiencia y obtenemos unos datos medios concordantes con lo anterior. Siempre que usamos ese mechero de camping-gas, con combustión óptima, colocado a la misma distancia de la rejilla de amianto, centrado y encima del mismo vaso con un líquido, sabemos la cantidad de calor que recibe con solo medir el tiempo.

Cada cinco minutos el vaso recibirá unos 16.700 ± 1.500 J

Podemos suponer en 5 minutos ese mechero dará entre 15.200 J y 18.200 J a cualquier vaso colocado en las mismas condiciones.