INFORME 7 FÍSICA III

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Informe 7, Física III Tema : Fusión y Solidificacion

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FUSIÓN Y SOLIDIFICACION:

I.- OBJETIVOS:

Observar cualitativamente las características física que requiere para que una sustancia experimente una transferencia de calor cambio de estado.

II.- EXPERIMENTO:

A.- Modelo físico:

Definición cambio de estado:

Se denomina a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la Tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso

Cambios Progresivos: Son aquellos que cambian al absorber calor: Fusión, evaporación y sublimación progresiva.

Cambios Regresivos: Son aquellos que ocurren cuando se cede o pierde calor: solidificación, condensación, o licuefacción, sublimación regresiva o deposición.

Fusión Es el pasa de sólido a líquido. Al calentar la materia en estado sólido, tiene lugar una transferencia de energía a los átomos, que comienzan a vibrar con mayor rapidez.

Este fenómeno se rige por tres principios:

1° Todos los cuerpos solidos (cristalinos) tienen para cada valor de la presión exterior una temperatura fija a la cual se funden, Esta temperatura se llama temperatura de fusión.

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2° Durante la fusión el cuerpo el cuerpo absorbe sierta cantidad de calor que depende de su masa.

3° durante la fusión de un cuerpo la temperatura permanece constante.

Calor de FusiónCalor de fusión o Calor latente (antiguo nombre para este) Es la cantidad de calor que es suministrado a una sustancia para llevarla de estado sólido al líquido sin incrementar su temperatura. Se calcula a través de la siguiente expresión:

Lf= Qf / m

Dónde:Qf: calor de fusión, Calm: masa de la sustancia que se fusiona, KgLf: calor de fusión de la sustancia, Cal/Kg”

Solidificación. La solidificación es un proceso que se logra de modo inverso a la fusión, y que se produce por el enfriamiento de los líquidos. El punto de fusión que es aquella temperatura por la cual el sólido pasa al estado líquido, es el mismo punto en que se produce el proceso inverso de solidificación. En el agua ocurre a 0º C. Se trata de un proceso físico que generalmente implica una disminución del volumen del cuerpo, salvo en el agua, que aumenta su volumen al solidificarse.

Al sustraerse calor al líquido éste irá disminuyendo su temperatura, las partículas que lo componen tendrán cada vez menos movimiento, hasta que se ordenan, tomando una posición en la estructura cristalina.

solidificación obedece las siguientes leyes:

1° Todos los cuerpos tienen para cada presión una temperatura a la cual se solidifican. La temperatura de solidificación siempre e igual a la temperatura de fusión en igualdad de circunstancias.

2° Durante la solidificacion el cuerpo desprende cierta cantidad de calor que es igual al calor que absorbe para fundirse.

3° durante la solidificacion la temperatura permanece constante.

B.- Diseño:

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C.- Equipos y materiales:

Una cocina eléctrica.Dos termómetros.Un tubo de ensayo.Un vaso pirex de 100 cc.Un cronómetro.Un soporte universal.Un agitador.Dos clamps.Naftalina.Agua destilada.Pabilo.Dos hojas de papel milimetrado.

D.- Rango de trabajo:

Temperatura: 0- 100 ºCTiempo: 0-60 segundos

E.- Variables Independientes:

El tiempo anotado.

F.- Variables Dependientes:La temperatura.Calor latente

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G.- Procedimiento:

1era Parte:

1. Preparación del experimento y calibración del instrumento.2. Instalar el diseño mostrado3. Colocar dentro del tubo de ensayo la naftalina y un termómetro que usado

con mucho cuidado, le puede servir como agitador.4. Introducir luego el tubo de ensayo y su contenido dentro de un vaso pirex, el

cual debe contener una 500 mi de agua y el otro termómetro.5. Encender la cocina, y esperar a que alcance a transferir calor constante, con

mucho cuidado ubicar la cocina debajo del vaso pirex y calentar el agua.

2da Parte.- Ejecución

6. Agitar constantemente el agua en el vaso y registrar en la tabla N° 1, las temperaturas correspondientes a la naftalina y el agua respectivamente cada minuto, anotar las temperaturas de ambos termómetros en el momento en el cual se produce la fusión completa de la naftalina.

7. Apagar la cocina eléctrica cuando la naftalina esté completamente fundida y retirar el tubo de ensayo del vaso pirex.

8. Registrar en la tabla N*2, la temperatura cada minuto hasta que esta comienza a solidificarse, retirar el termómetro y dejar que la naftalina se solidifique completamente.

H.- Datos directos e indirectos:

Tabla N°1: Datos directos

- Masa del agua= 0.899 kg

- Masa de la naftalina = 12 gr

a) Proceso de fusión de la naftalinaTABLA Nº1

N0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Tiempo (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160

T agua (C0 ) 28 33 36 39 41 49 51 55 61

T naftalina (C0 ) 23 26 28 30 31.5 38 40 43 49

N0 10 11 12 13 14 15 16 17

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Tiempo (s) 180 200 220 240 260 280 300 320

T agua (C0 ) 65 67 73 78 80 82 83 86

T naftalina (C0 ) 52 54 60 65 68 70 71 76

b) Proceso de solidificación de la naftalinaTABLA Nº2

N0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Tiempo (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160

T naftalina (C0 ) 72 69 65 62 58 54 51 46 42

N0 10 11 12 13 14 15 16 17Tiempo (s) 180 200 220 240 260 280 300 320

T agua (C0 ) 38 33 31 29 26 24 23 23

I- Análisis Experimental:

a) Análisis de datos

50 100 150 200 250 300 3500

10

20

30

40

50

60

70

80

f(x) = 0.175979020979021 x + 20.3277389277389

Tiempo

Tempe

ratura

b) Cuestionario

1. Usando los valores de tabla N 1, represente en la hoja de papel milimetrado los valores T =T (t) que muestra el proceso de la fusión de la naftalina, identificar el punto de fusión

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50 100 150 200 250 300 3500

10

20

30

40

50

60

70

80

f(x) = 0.175979020979021 x + 20.3277389277389

Tiempo

Tempe

ratura

2. Usando los valores de la tabla N 2, representar en la hoja de papel milimetrado los valores T = T (t) que muestran el proceso de solidificación de la naftalina. Identificar el punto de solidificación.

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0 50 100 150 200 250 300 3500

10

20

30

40

50

60

70

f(x) = − 0.16043956043956 x + 69.0549450549451

tiempo

tempe

ratura

3. A partir de la interpretación de la ultima gráfica. Que le permite afirmar que la naftalina desprende calor.

Esto se puede deducir de la gráfica donde la naftalina se solidifica, en esta se puede observar que el calor disminuye(∆T esnegativo ¿ y este es transmitido al medio o a los cuerpos que se encuentran en su entorno.

4. ¿Sus gráficas le permiten afirmar que los puntos de fusión y solidificación de la naftalina coinciden? ¿Por qué?

Porque el paso de líquido a sólido y de solido a liquido coexisten en ese punto.

5. Indique en que instante y a que temperatura se realiza el proceso de solidificación. En el instante t=265.7sY a una temperatura de T=67℃

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6. Porque el punto de fusión y solidificación coinciden durante la solidificación.Porque en ese punto de la gráfica existen tanto el estado sólido como el estado líquido y cualquier desviación respecto de ese punto puede generar el paso al estado sólido o estado líquido dependiendo de la temperatura.

7. Tomando en consideración sus datos experimentales, ¿puede determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo que se desprende de la naftalina durante el proceso de solidificación? De ser posible cuantifique su valor.lo podemos calcular a partir de la ecuación:

Qsol=f sol∗mnaftalinaLa vaiacion del color respecto del tiempo varia según la siguiente ecuacion:

T= HmC e

t+T 0

dondeC e :calor especificode la naftalina

Ce = 0.358 cal/g°C además ∆Q=H ∆t

ennuestra graficade solidificacionexperimental tenemsla siguiente ecuacion :T = -0.1604t + 69.055Igualamos los coeficientes de t:

HmC e

=¿-0.1604

H=¿−0.1604mC e=-0.1604(12)( 0.358)=-0.689

∆Q=H ∆t=−0.689∗(250−200 )=34.45cal8. Nombrar algunas posibles fuentes de error en la experiencia y

clasificarlos.Error Humano:

Mediciones hechas por el ojo humano. No medir exactamente el tiempo entre cada medida.

Otros Factores: Mala calibración de la balanza. Exposición al medio que estamos trabajando.

9. Considerando que el punto de solidificación de la naftalina es 70 °C cuantifique el error que se ha cometido en la experiencia. De la

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experiencia la temperatura de solidificación es T=67℃, entonces el error es:

Error=(70−67)70

×100%

Error=5%

10.Como podría determinar el calor latente de fusión de la naftalina y el de sublimación. Describa el método que propone.Usamos la siguiente formula del calor latente:

Q=mQL

Como ya tenemos Q=34.45cal , halladoenel problema7

Reeplazando:QL=qm

=32.4512

=2,7 calg

11.¿Qué aplicaciones prácticas tienen los cambios de estado?Las aplicaciones prácticas de los cambios de estado son numerosas, y entre ellas están análisis de sustancias, frío industrial, secado y destilación.

12.Explicar porque para realizar esta experiencia es necesario un flujo calorífico constante. Para que de esta manera podamos hallar el correcto Q necesario para que se de la fusión

13.Explicar por qué las fuerzas moleculares tienen diferentes magnitudes en sustancia diferentes y cómo influye esta característica en el punto de fusión de cada una de ellas. Porque cada tipo de sustancias posee sus propias características fuerzas de enlace que definen sus propiedades . por lo que mientras mas fuerte sea la atracción de sus moleculas mayor será el punto de fusión .

14.Comparar el punto de fusión experimental y el teórico de la naftalina. ¿A qué se debe esta diferencia?La temperatura de fusión teórica es T=70℃ y la experimental es T=67℃.La diferencia que existe entre ambas se debe a que al realizar una experiencia se toma en cuenta ciertas condiciones que producen un margen de error en los cálculos.

15.Puede dar un argumento físico que justifique por que el punto de fusión coincide con el punto de solidificación.Esto se deduce que para que un cuerpo pase de estado sólido a liquido es a cierta temperatura y por consiguiente para que ocurra el caso inverso también se debe llegar a esa temperatura a partir del estado líquido.

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16.Durante un cambio de fase, siempre la temperatura de cualquier sustancia permanece constante, justificar su respuesta. Si permanece constante ya que a esta temperatura coexisten tanto la fase solida y liquida para que la temperatura aumente es necesario que la sustancia este en una sola fase.

17.¿Qué le sucede a la energía calorífica mientras la naftalina cambia a la fase líquida a temperatura constante? La energía calorífica también permanece constante y dependerá de la masa de la naftalina según la siguiente relación:Q=Qlm

Donde : Ql :calor latente de la naftalina

18.¿Cómo puede explicar la concavidad que se forma en la superficie de la naftalina cuando ésta se solidifica?La fuerza superficial posee mayor atracción hacia las fuerzas que están enel centro por lo que los enlaces en la superficie serán mucho mas resistentes

19.¿Qué cambio de fase experimenta la bolita de naftalina, usadas como antipolillas, ya que como es conocida esta reduce su tamaño con el tiempo?

La naftalina a presion y temperatura ambiente, sufre el fenomeno de sublimación, que es el cambio del estado solido a gaseoso o viceversa. Por lo tanto, se transforma en vapor de naftalina (o naftalina en estado gaseoso), responsable del olor característico de la misma.

III.- CONCLUSIONES:

Encontramos experimental mente el flujo de calor para el agua.

Se demostró experimentalmente que al cambiar de fase la temperatura mantiene un equilibrio.

El calor que aumenta la temperatura de la sustancia en el cambio de fase se encarga de separar los enlaces de las moléculas para realizar un cambio de estado

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