Laboratorio de Física
Calor de vaporización
Para medir el calor de vaporización del agua se coloca
un recipiente metálico con una masa m de agua sobre un hornillo
eléctrico de potencia P.
La temperatura inicial del agua es Ta.
A medida que transcurre el tiempo, se va elevando la temperatura del agua,
hasta que entra en ebullición a 100 ºC. Entonces se anota el tiempo t1.
El agua se evapora, disminuyendo el nivel de agua en
el recipiente hasta que toda el agua se ha convertido en vapor. Se anota el
tiempo t2 que transcurre desde el comienzo de la ebullición
hasta que se consume el agua.
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Al aplicar
un balance de energía, se tienen las siguientes igualdades:
P·t1=m·Cp·(100-Ta)
P·t2=m·Lv
Donde:
P = Potencia del calentador eléctrico [W].
m = Masa de agua [kg].
Cp = Calor específico del agua [J/kgºC].
Lv = Calor latente de vaporización del agua [J/kg] .
Se elimina la cantidad desconocida P en el sistema de dos
ecuaciones, y se despeja Lv , de la siguiente manera:
La medida del calor latente de evaporación del agua es
problemática, ya que es difícil determinar el momento en el que el agua entra
en ebullición y el momento en el que el agua se evapora completamente.
Las pérdidas de calor son importantes ya que la
diferencias de temperatura entre el agua en ebullición y el ambiente es muy
grande. Habría que tener en cuenta también, el calor absorbido por el
recipiente, el agua que se evapora durante el proceso de calentamiento y el
agua que se condensa en las paredes del recipiente.
Entorno
Gráfico
Actividades
Para evitar una excesiva complejidad en la simulación
de la experiencia, se ha supuesto que las pérdidas de calor son despreciables. Como
en una experiencia real, solamente una parte de la energía suministrada por el calentador
eléctrico, sobre el que se pone el recipiente de agua, se emplea en calentarla,
el resto va a la atmósfera.
La potencia efectiva empleada en el calentamiento es
igual a la potencia consumida menos una proporción seleccionada aleatoriamente
y comprendida entre el 10% y el 30%.
Se introduce
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La potencia
del calentador eléctrico en W, moviendo la barra de desplazamiento titulada Potencia.
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Masa m
de agua en gramos en el casillero correspondiente.
·
Temperatura
inicial Ta del agua.
Se pulsa el
botón titulado Empieza
Se observa como la temperatura del agua se va
incrementando con el tiempo hasta que en el instante t1 el
agua empieza a hervir. A partir de ese momento, el agua se va evaporando a la
temperatura constante de 100ºC, empleando un tiempo t2 en
dicho proceso.
Usando los
botones titulados Pausa/Continua y Paso se miden los tiempos t1
y t2.
Tareas
·
Calcular el calor latente de
vaporización del agua para 3 diferentes valores de potencia del calentador,
temperatura inicial y masa del agua.
·
Calcular el valor más probable del calor
latente de vaporización del agua.