PRACTICA DE LABORATORIO N° 8

CURSO : LABORATORIO DE FISICA II

DOCENTE : SANTA CRUZ DELGADO, José

TEMA : CALOR ESPECÍFICO

FACULTAD : INGENIERIA ELECTRONICA Y MECATRONICA

CICLO : III

TURNO : MAÑANA

HORARIO : MIERCOLES 08:00 – 9:40 horas

FECHA DEREALIZACION : Miércoles, 16 de octubre de 2013

FECHA DEENTREGA : Miércoles, 23 de octubre de 2013

OBJETIVOS

Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro.

Determinar el calor específico de un cuerpo sólido. Utilizando el método de mezclas.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La medición de las cantidades de calor intercambiadas, proceso que se conoce como calorimetría, se introdujo en la década de 1970.los químicos de ese tiempo encontraron que cuando un objeto caliente , por ejemplo, un bloque de latón era sumergido en agua el cambio resultante en la temperatura del agua dependía de ambas masas y de la temperatura inicial del bloque .Observaciones ulteriores demostraron que cuando dos bloques similares a la misma temperatura inicial eran sumergidos en baños de aguaidénticos, el bloque de masa mayor causaba un cambio mayor en la temperatura ;asimismo para dos bloques idénticos a temperatura diferentes, el bloque más caliente originaba un cambio mayor en la temperatura del agua .Por último, para bloques de la misma masa y temperatura inicial, pero de composición diferente, en cambio de temperatura era diferente para materiales diferentes.

Podemos sintetizar estas observaciones describiendo los objetivos en términos de su capacidad calorífica, que es la cantidad de calor requerida de una misma sustancia para cambiar la temperatura de un objeto en 1ºC.

Las cantidades de calor cedida o absorbida por masas de una misma sustancia son directamente proporcionales a la variación de la temperatura:

Q∆T

= Q∗¿∆T∗¿¿

¿

(1)

También el calor cedido o absorbido por masas distintas de una misma sustancia, son directamente proporcionales a estas:

Qm

= Q∗¿m∗¿¿

¿

(2)

Entonces el calor específico (c) de un sistema se define como:

c= 1mdQ∗¿dT∗¿¿

¿

(3)

Donde dQ es la cantidad de calor intercambiada entre el sistema y el medio que lo rodea; dT viene a representar la variacion de temperatura experimentada por el sistema de masas.La capacidad calorífica o simplemente calor especifico, como suele llamarse, es el calor requerido por un material para elevar un grado de

temperatura de una unidad de masa. Un material con calor específico elevado, como el agua, requiere mucho calor para cambiar su temperatura, mientras que un material con un calor especifico bajo, como la plata, requiere poco calor específico para cambiar su temperatura.

La cantidad de calor Q necesaria para calentar un objeto de masa “m” elevando su temperatura ΔT, está dada por:

Q=mc∆T(4)

Donde “c” es el calor especifico del material a partir del cual se ha fabricado el objeto. Si este se enfría, entonces el cambio en la temperatura es negativo, y el calor Q se desprende del objeto. Las unidades del calor específico son:

cal/g*oC, J/Kg.*oC o BTU /lb*oF.

La cantidad de calor transferida o absorbida por el sistema depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso.

El calor latente de cambio de estado de una sustancia, es la cantidad de calor que hay que suministrar a su unidad de masa para que cambie de un estado de agregación a otro, lo que hace a temperatura constante. Así el calor latente de fusión es el correspondiente al cambio de estado sólido a líquido, que tiene el mismo valor que en el proceso inverso de líquido a sólido.

Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el método de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias(o una misma en dos estados de agregación distintos) a diferentes temperaturas y presión constante, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Es una condición importante es que no haya perdidas caloríficas con el medio exterior. Esto lo conseguimos ubicando la mezcla en el calorímetro, que hace prácticamente despreciable está perdida calorífica hacia el exterior.

Obviamente se ha de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calorímetro.

Supongamos que la mezcla está constituida por una masa ma, a temperatura Ta y otra m* de otro cuerpo a temperatura T* que supondremos mayor que Ta y llamaremos ca al calor especifico del agua y c* al calor especifico del

otro cuerpo. La mezcla adquirirá una temperatura de equilibrio Tx, para lo cual la masa ma ha absorbido (ganado) calor y la masa m* ha cedido (perdido) calor; ósea:

Qcedido=Qabsorbido(5)

m∗c∗(T∗−T x)=maca(T x−T a)+mc cc(T x−Tc )(6)

Dónde:

T c = T x; T c es la temperatura del calorímetro.

mc = masa del calorímetro.

De donde podemos observar que si uno de los calores específicos es conocido además del calorímetro, entonces, el otro queda automáticamente determinado. Este es el fundamento del método de mezclas que conduce a la determinación del calor específico medido de un intervalo de temperatura de un rango amplio.

De la educación anterior podemos obtener el calor específico de un calorímetro cuyo valor no se conoce, a partir de otras muestras o sustancias conocidas:

cc=m∗c∗(T∗−T x )−m∗c∗(T∗−T x )

mc (T x−T c)

El calorímetro es un recipiente construido de tal forma que impide la conducción de calor a su través. En la mayoría de los casos suele tener dobles paredes entre las que se ah hecho el vacío o lleva un material aislante térmico, que impide o minimiza la conducción de calor y por ello conserva muy bien la temperatura de los cuerpos que se encuentran dentro. En su tapadera llevan dos orificios, uno para introducir el termómetro y el otro para el agitador, fue diseñado para el estudio de las mediciones en intercambio de calor.

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPOS Y MATERIALES:

- Calorímetro.

- Cocina Eléctrica.

- Agua.

- Extensión Eléctrica.

PROCEDIMIENTO

SISTEMA EXPERIMENTAL:

a) Determinar el calor especifico de calorímetro:

1. Mida la masa del calorímetro. (mc)

2. Verter agua fría en el calorímetro a unos ¾ de su volumen. Determinar la masa del agua fría (maf) utilizada, por diferencia de masas en la balanza

3. Coloque el termómetro en el agua del calorímetro, espere unos segundos que la lectura del termómetro sea constante y mida la temperatura de ambos (Taf).

4. Verter agua (de masa conocida) en el recipiente de la cocina eléctrica. Encender la cocina y calentar la masa de agua conocida (mac), cuando esté a una temperatura de 450C u otra indicada por el profesor mida la temperatura del agua caliente (Ti-ac)

5. Vierta el agua caliente en el calorímetro que contiene el agua fría y mida la temperatura de equilibrio (Tequi), para ello, agite el agua y espere unos segundos a que la lectura del termómetro sea constante.

6. Use la ecuación (7) para determinar el calor específico del calorímetro

7. Registre todos sus datos en la tabla N°1

b) Determinar el calor específico de los sólidos:

8. Repita los pasos del 1 al 3.

9. Verter agua en el recipiente de la cocina eléctrica e introducir muestras solidas de masa conocida (ms) a usar (bronce, cobre y aluminio) Encender la cocina y calentar el agua hasta la temperatura de ebullición (1000C) registre la temperatura del agua caliente que será la misma temperatura inicial para las muestras solidas (Ti-ac = Ti-s)

10. Lleve una muestra solida caliente dentro del agua fría del calorímetro y mídala temperatura de equilibrio (Tequi), para ello, agite el agua y espere unos segundos a que la lectura del termómetro sea constante.

11. Use la ecuación (5) de calor específico para hallar el calor específico de la muestra sólida.

12. Repita los pasos 9 y 10 para las otras muestras solidas (no se olvide medir las temperaturas iniciales del agua fría respectivamente).

13. Registre todos sus datos en la tabla N°2.

TRATAMIENTO DE DATOS

TABLA N°1: Medidas Experimentales

Estado Inicial

Elemento Masa (g) Temperatura (°C)

Calorímetro 55.5 19

Agua Fría 191 19

Agua Caliente 124 87

Estado Final

Temperatura de Equilibrio Térmico 45.5

Calor especifico del calorímetro

TABLA N°2: Medidas Experimentales

Detalles Aluminio Plomo Cobre

Masas (g) 47 218 178

Temperatura (°C)

Ti-af 19 19 19

Ti-s 91 89 92

Tequi 22.5 20 23

Calor Especifico c

DETERMINACION PARA HALLAR EL CALOR ESPECÍFICO DEL CALORIMETRO

Qganado+Q perdido=0

(191 ) (45.5−19 )+(55.5 ) (ccal ) (45.5−19 )+(124 ) ( 45.5−87 )=0

ccal=0.05calg °C

DETERMINACION PARA HALLAR EL CALOR ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS

Aluminio:

maf ca (∆T )+malcal (∆T )+macca (∆T1 )=0

C Al=(191 ) (1 ) (25.5−19 )+(55.5 ) (0.05 ) (25.5−19 )

(47 ) (91−25.5 )

C Al=0.41calg°C

Plomo:

CPb=(191 ) (1 ) (20−19 )+(55.5 ) (0.05 ) (20−19 )

(218 ) (89−20 )

CPb=0.013calg °C

Cobre:

CPb=(191 ) (1 ) (23−19 )+(55.5 ) (0.05 ) (23−19 )

(178 ) (92−23 )

CPb=0.063calg °C

OBSERVACIONES

El calorímetro nunca se pondrá en la cocina.

Tenga mucho cuidado con el agua caliente.

Considere para sus cálculos que el calor especifico del agua; c =1 cal/g°C.

CONCLUSIONES

El calor específico a una misma temperatura no es igual para todos los materiales.

Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna al igual que para absorber energía ya que una parte de la energía hace aumentar la rapidez de traslación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la temperatura.

Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y ΔT se consideran positivas, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y ΔT son negativas y la energía térmica fluye hacia fuera del sistema.

El equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico por la transferencia de energía, en este caso calor; para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica total del sistema se mantiene.

RECOMENDACIONES

No intente hacer esto en casa.

Tener buen criterio al desarrollar este laboratorio.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_especifico

SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.

LEA Y BURQUE, " physics: The Nature of Things", Brooks/ Cole 1997.

Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A. Barcelona ( España); 1933