paper calorimetro (1)

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Diseño y construcción de un calorímetro
Ing. Msc. Diego Proaño 
Estudiante: Bryan Alexis Balladares Escobar
Departamento de Ciencias Exactas Física, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga, 
 Latacunga, Ecuador
E-mail: doproanio@espe.edu.ec; baballadares@espe.edu.ec
(Recibido el 02 de diciembre; aceptado el 02 de diciembre)
Abstract
A calorimeter is an instrument that measures the amount of heat supplied or received by the bodies. That is, it serves to determine the specific heat of a body, as well as to measure the amounts of heat that the bodies release or absorb. In this project the construction of a calorimeter was made from a completely insulated hermetic container equipped with a thermometer and an agitator to achieve a thermal equilibrium, in addition to having an electric heater, as well as a probe which will be detected digitally by means of a LCD display the specific heat of different substances that are introduced. This calorimeter works through an Arduino card and in turn with a specific programming that analyzes the data collected by the probe which is an Lm-35 temperature sensor. In the end, various substances such as beer, tequila, and other liquids were introduced, of which we detected its heat capacity.
Keywords: Calorimetry, thermodynamics, thermal_balance, calorimeter, heat, heat_change.
PACS:01.40. Fk, 01.30.la,01.30. Os.0.1.50Pa
Resumen
Un calorímetro es un instrumento que mide la cantidad de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. En este proyecto se realizó la construcción de un calorímetro a partir de un envase hermético completamente aislado dotado de un termómetro y un agitador para lograr un equilibrio térmico, además de poseer un calentador eléctrico, así como una sonda la cual va a detectar digitalmente mediante una pantalla LCD el calor especifico de distintas sustancias que se introducen. Este calorímetro funciona a través de una tarjeta Arduino y a su vez con una programación específica que analiza los datos recogidos por la sonda la cual es un sensor de temperatura Lm-35. Al final se introdujeron diversas sustancias como cerveza, tequila, y demás líquidos de los cuales detectamos su capacidad calorífica.
Palabras claves: Calorimetría, termodinámica, equilibrio_térmico, calorímetro, calor, intercambio_calor.
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1. OBJETIVO.
Analizar el proceso de intercambio de calor en un sistema termodinámico macroscópico mediante la construcción y diseño de un calorímetro.
Determinar la capacidad calorífica de diversas sustancias mediante un sensor que muestre digitalmente dicha magnitud.
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
Todo estudiante antes de realizar una práctica en el Laboratorio de Física debe tener muy claro las ideas de cada concepto que intervienen en el mismo con la finalidad de que las conclusiones del trabajo experimental se acerquen a un criterio científico que beneficie no sólo al estudiante sino también a la sociedad.
2.1 CONCEPTOS TERMODINÁMICA 
Se debe tener en claro las condiciones físicas que intervienen en la termodinámica, para alcanzar el equilibrio térmico.
CALOR (Q)
Es la energía térmica que fluye de un cuerpo o sistema a otro, con el que está en contacto, debido a la diferencia de sus temperaturas. El calor siempre fluye del cuerpo más caliente al más frío (es decir, de la temperatura más alta a la temperatura más baja). Para que dos objetos en contacto estén en equilibrio térmico mutuo (es decir, para que no haya transferencia neta de calor de uno a otro), sus temperaturas deben ser la misma. [1]
ENERGÍA INTERNA (U)
De un sistema es la energía total contenida en el sistema. Es la suma de todas las formas de energía que poseen los átomos y moléculas del sistema.
TRABAJO DE UN SISTEMA (W)
Es positivo si por ello el sistema pierde energía hacia sus alrededores. Cuando los alrededores efectúan trabajo sobre el sistema, de modo que le proporcionan energía, ∆W es una cantidad negativa. En una pequeña expansión ∆V, un fluido a presión constante P efectúa un trabajo dado por 
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Es una afirmación de la ley de la conservación de la energía. Establece que, si una cantidad de calor ∆Q fluye dentro de un sistema, entonces esta energía debe aparecer como un incremento de la energía interna ∆U del sistema yo como un trabajo ∆W efectuado por el sistema sobre sus alrededores. Representada en una ecuación, la primera ley es
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CALOR ESPECÍFICO
Si el calor fluye hacia un objeto, la temperatura del objeto se eleva (suponiendo que no hay cambio de fase) [2]
Ya en el siglo XVIII los experimentadores reconocieron que la cantidad de calor Q requerida para cambiar la temperatura de un material dado es proporcional a la masa m del material presente y al cambio de temperatura . Esta notable simplicidad en la naturaleza se expresa en la ecuación:
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CALOR LATENTE
El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.
CALORÍMETRO
El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.
Figura 1. Calorímetro
Fuente: Boltzmann y F.-J.-O. Ordóñez Rodríguez (1987)
3. MATERIALES Y EQUIPO:
	Material o equipo
	cantidad
	característica
	Recipiente de vidrio
	1
	Recipiente que va a ser ailsado para conservar el calor
	Algodón 
	1
	Material que ayudara a mantener el sistema aislado
	Espuma Flex
	1
	Contenedor para el recipiente de vidrio conserva el calor
	Protoboard
	1
	Circuito universal donde se colocara los componentes electrónicos
	Potenciómetro de 10 K
	1
	Elemento resistivo variable 
	Termómetro de mercurio
	1
	Medirá la temperatura dentro del calorímetro 
	Calentador eléctrico 
	1
	Fuente generadora de calor
	Cables
	15
	Elementos conductores para el circuito
	Pantalla LCD 1602A
	1
	Pantalla que indicará los datos
	Sensor Lm-35
	1
	Dispositivo que medirá el calor
	Arduino UNO 
	1
	Tarjeta que recoge y calcula los datos 
4. PROCEDIMIENTO:
ARMADO DEL ENVASE
1. Se consigue un envase de vidrio que pueda sellarse herméticamente, en dicho envase acoplamos el termómetro, además de un agitador, y el calentador eléctrico y dejando un agujero para meter la sonda del sensor para calcular el calor.
Figura 2. Envase hermético
Fuente: Balladares, B (2019)
2. Para tener un mejor aislamiento térmico creamos un contenedor secundario más grandea base de espuma Flex, el cual es un material aislante,
Figura 3. Contenedor de espuma Flex
Fuente: Balladares, B (2019)
3. Dentro de los espacios vacíos entre los dos contenedores se rellena de algodón que aumenta aún más el aislamiento térmico.
Figura 4. Contenedor Térmico del calorímetro
Fuente: Balladares, B (2019)
CIRCUITO 
4. Para realizar el circuito se utilizó un potenciómetro de 10 K, un LCD 1602A y el sensor Lm35 
Figura 5. Esquema del circuito
Fuente: Balladares, B (2019)
5. Armamos el circuito según el esquema, asegurándonos de realizar bien las conexiones y verificando las polaridades. 
Figura 6. Circuito armado
Fuente: Balladares, B (2019)
6. Cuando el circuito esté listo conectamos el circuito a la placa Arduino verificando que las terminales se encuentren en correcta disposición.
Figura 7. Circuito armado
Fuente: Balladares, B (2019)
7. Cuando esté listo toda la parte electrónica conectamos el dispositivo a la Computadora para cargar el programa a la tarjeta 
Figura 8. Parte electrónica funcionando 
Fuente: Balladares, B (2019)
8. El sensor debe estar aislado y tener un cable largo para que pueda entrar en el calorímetro
Figura 8. Sensor Lm35 aislado
Fuente: Balladares, B (2019)
9. Cargamos el programa en la tarjeta 
Figura 9. Programación 
Fuente: Balladares, B (2019)
5. TABULACION DE DATOS:
6. CONCLUSIONES
· El calor es un término que refiere a los intercambios de energía producida entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas.
· El calorímetro es una herramienta que ayuda conocer la capacidad de los cuerpos o fluidos de transferir o ceder calor.
· La capacidad calorífica específica, calor específico o capacidad térmica específica es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad
BIBLIOGRAFIA. 
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[20] Reif, Federick (1985). Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. McGraw-Hill.