Calor Especifico de Los Metales

 

MARCO TEÓRICO 1. CALORIMETRIA El calor es la energía que se transfiere entre la materia como un resultado de las diferencias en la temperatura. La habilidad de la materia para transferir la energía de calor depende de su masa y de su temperatura.

CALORIMETRO: Aparato que sirve para determinar determinar cantidades de c calor. alor. Un envase de dos cámaras serviría como tal, por ejemplo: un termo. Generalmente en un calorímetro se mezclan dos sustancias con calores Q1 y Q 2 respectivamente, la sustancia de mayor calor entregará la parte necesaria para que se logre el equilibrio térmico, si se considera que el calorímetro también absorberá algo del calor que se transfiere en el pr proc oces eso, o, se pres presen enta ta un fenó fenóme meno no qu que e lo ex expl plic ica a el Pr Prin inci cipi pio o de Regnault. En un calorímetro el Principio de Regnault se aplicaría como se indica: Sea Q1 el calor cedido por un objeto, Q 2 el calor absorbido por otro objeto y Q3 el calor absorbido por el calorímetro, se cumple que Q 1 = Q2 + Q3.  Ahora bien, el calor y la temperatura están relacionados. Cuando la energía total de una sustancia aumenta, sus partículas se mueven más rápidamente

2. LA ECUACIÓN CALORIMÉTRICA La experiencia pone de manifiesto que la cantidad de calor tomada (o cedida) porr un cu po cuer erpo po es di dire rect ctam amen ente te pr prop opor orci cion onal al a su ma masa sa y al au aume ment nto o (o disminución) de temperatura que experimenta. La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica. Q = c · m · (T f f  - T  )i i 

1

 

donde Q representa el calor cedido o absorbido, m la masa del cuerpo y T f f   y T i las la s te temp mper erat atur uras as fi fina nall e in inic icia iall re resp spec ecti tiva vame ment nte. e. Q ser erá á pos osit itiv ivo o si la temperatura final es mayor que la inicial (T f f  > T  ) i y negativo en el caso contrario (T f f  < T  )  ). c representa representa la constante de proporcionalidad correspondiente i . La letra c  y su valor es característico del tipo de sustancia que constituye el cuerpo en cuestión. Dicha constante se denomina calor específico. Su significado puede deducirse de la ecuación (1). Si se despeja c , de ella resulta:

  El calor específico de una sustancia equivale, por tanto, a una cantidad de calor  por unidad de masa y de temperatura; o en otros términos, es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa de una sustancia dada para elevar su temperatura un grado.

3, CALOR ESPECÍFICO Y CAPACIDAD CALORÍFICA La ecuación calorimétrica puede escribirse también en la forma: Q = C(T f f  - T  )i i  (3) Expresando así que en un cuerpo dado la cantidad de calor cedido o absorbido es directamente proporcional a la variación de temperatura. La nueva constante de proporcionalidad C  C recibe recibe el nombre de capacidad calorífica

(4) y representa la cantidad de calor que cede o toma el cuerpo al variar su temperatura en un grado.  A diferencia del calor específico, la capacidad calorífica es una característica de cada cuerpo y se expresa en el SI en J/K. Su relación con el calor específico resulta de comparar las ecuaciones (1) y (3) en las que ambas magnitudes están presentes:

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C = m · c (5) c (5) De acuerdo con esta relación, la capacidad calorífica de un cuerpo depende de su masa y de la naturaleza de la sustancia que lo compone.

4, APLICACIÓN DE LA DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO El calor específico de un cuerpo puede determinarse mediante el calorímetro. Dado Da do qu que e és éste te es un at atrib ribut uto o fí físi sico co ca cara ract cter erís ístic tico o de ca cada da su sust stan anci cia, a, la compar com paraci ación ón de dell va valor lor obt obten enido ido con los de un una a tab tabla la est estánd ándar ar de cal calore ores s específicos puede ayudar a la identificación de la sustancia que compone el cuerpo en cuestión. Se pretende identificar el metal del que está formada una medalla. Para ello se determina su masa mediante una balanza que arroja el valor de 25 g. A continuación se calienta al «baño María», hasta alcanzar una temperatura de 85 ºC y se introduce en el interior de un calorímetro que contiene 50 g de agua a 16,5 ºC de temperatura. Al cabo de un cierto tiempo y tras utilizar varias veces el agitador, la columna del termómetro del calorímetro deja de subir  señalando una temperatura de equilibrio de 19,5 ºC. ¿De qué metal puede tratarse? Si se aplica la ecuación de conservación de la energía expresada en la forma, calor tomado = - calor cedido, cedido, resulta: Q1= - Q2 m1c 1(T -  - T 1) = - m2c 2(T -  - T 2) Considerando en este caso el subíndice 1 referido al agua y el 2 referido a la moneda. Sustituyendo valores en la ecuación anterior, se tiene: 50 · 1 (19,5 - 16,5) = - 25 · c 2 (19,5 - 85) Operando y despejando c 2 resulta: 150 = 1 637,5 · c 2 

c 2 = 0,09 cal/g · ºC

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Si se compara el resultado con una tabla de calores específicos de metales, se concluye que puede tratarse de cobre. Otras propiedades físicas como el color, por ejemplo, confirmarán el resultado.

5. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO Colocar en tubo de ensayo entre 70 y 80 g de cobre (anotar la masa) y tapar el mismo con un poco de algodón. Tanto el tubo como la muestra deben estar  seco se cos, s, ya qu que e la pres presen enci cia a de hu hume meda dad d es un una a fu fuen ente te de er erro rorr en la determinación. Calentar a ebullición un volumen de agua suficiente para cubrir  al co cobr bre, e, co cont nten enid ido o en el tu tubo bo de en ensa sayo yo,, du dura rant nte e to todo do el ti tiem empo po de calentamiento. Mantener el tubo sumergido en el baño a ebullición durante 15 min. Anotar la temperatura del baño (T2  ( T2 )). Retirar el tubo del baño, secarlo por  fuera, destaparlo y, rápida pero cuidadosamente, verter la muestra de cobre en el vaso de espuma-plast. Agitar con la varilla y anotar la temperatura más alta alcanzada (T3. (T3.). ).

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METODOLOGÍA DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

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MATERIALES Y REACTIVOS 

UNA PROBETA:

Sirvió para medir la cantidad de agua a utilizar.  



DOS VASOS DE 250: 

Sirvió como recipiente para cada sistema.



UN CALORIMETRO:

Sirvió para almacenar la mezcla entre los dos sistemas.

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

TERMOMETRO:

Sirvió para medir la temperatura de cada sistema.  



CUBOS DE HIELO: Sirvió para disminuir la temperatura del agua hasta 8ºC.

 



BALANZA: Sirvió para obtener la masa de cada sistema.

 

1

 

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL



Colo Co loca carr 50 50mL mL de ag agua ua en el ca calo lorím rímet etro ro se seco co y li limp mpio io.. An Anot ote e la temperatura.



Pesar el metal y colocar en el tubo de ensayo. Colocar un tapón en la boca del agua para evitar salpicaduras de agua dentro del tubo.



Poner el tubo que contiene el metal dentro de un vaso con agua y calentar el agua hasta ebullición.



Deja el tuvo en el agua hirviendo hasta que el metal haya alcanzado la temperatura del agua. Anote la temperatura.



Con ayuda de una pinza, transferir rápidamente el metal del tubo de ensayo al calorímetro y taparlo de inmediato.



 Agitar suavemente y registrar la temperatura cada 5 segundos, hasta que la temperatura sea constante para luego registrarlo.



Realizar los cálculos.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS EXPERIMENTO Nº 1: SISTEMA

MASA

AGUA

50 g

14ºC

17ºC

4,184 J/gºC

COBRE

9,95g

85ºC

17ºC

XJ/gºC

1550g

13ºC

17ºC

0,0384J/gºC

CALORIMETRO

TEMPERATURA TEMPERATURA CALOR INICIAL FINAL ESPECIFICO

Hallando la cantidad de calor de cada sistema en el experimento Nº 1:

1

 

Q = m.Ce.(T   f  

−

T i )

Qagua

=

50 g  × 4,184 J  /  g º C (17 º C  − 14º C )

Qagua

=

627,6 J ...(1)

Qcobre

=

9,95 g  ×  XJ  /  g º C (17º C  − 85º C )

Qcobre

=−

Qcal 

=

1550 g  × 0,0384 J  /  g º C (17 º C  − 13º C )

Qcal 

=

238,08 J ...(3)

676,6 XJ ...(2)

Hallando el calor calor específico del calorímetro (X J/gºC) en el exp experimento erimento Nº1:

∑Q = 0 Qcal  +Q agua1 +Qcobre = 0... (4)

(1), (2), (3) en (4) 238,08 J  −676,6 XJ  +627,6 J  = 0

 X  =1,2795

El calor especifico del COBRE es: 1,2795 J/gºC.

EXPERIMENTO Nº 2:

SISTEMA AGUA

PLOMO

CALORIMETRO

MASA 50g

TEMPERATURA TEMPERATURA CALOR INICIAL FINAL ESPECIFICO 14ºC

15ºC

4,184 J/gºC

10,25g

85ºC

15ºC

Y J/gºC

1550g

11ºC

15ºC

0,0384J/gºC

Hallando la cantidad de calor de cada sistema en el experimento Nº 2:

1

 

Q = m.Ce.(T   f  

−

T i )

Qagua

=

50 g  × 4,184 J  /  g º C (15º C  − 14º C )

Qagua

=

209,2 J ...(1) 10,25 g  × YJ  /  g º C (15º C  − 85º C )

Q plom  plomo o

=

Q plom  plomo o

=−

717,5YJ ...(2)

Qcal 

=

1550 g  × 0.0384 J  /  g º C (15º C  −11º C )

Qcal 

=

238,08 J ...(3)

Hallando el calor calor específico del calorímetro (Y J/gºC) en el exp experimento erimento Nº2:

∑Q = 0 Qcal  +Qagua +Q plomo = 0... (4)

(1), (2), (3) en (4) 238,08 J  +209, 2 J  −717,5YJ  = 0

Y  = 0,6234

El calor especifico especifico del plomo es: 0,6234 J/gºC.

CUESTIONARIO 

¿Cuál es el calor específico de los l os metales?

Metal

Calor específico (J/kg·K)

 Acero

460

 Aluminio

880

Cobre

390

Estaño

230

1

 

 

Hierro

450

Mercurio

138

Oro

130

Plata

235

Plomo

130

Sodio

1300

¿Tus datos están de acuerdo con lo esperado? Halle su porcentaje de error.

CONCLUSIONES 

 Al realizar nuestros cálculos cálculos hemos llegado a la conc conclusión lusión que en el experimento Nº1 el calor especifico del calorímetro es: 0,1972 J/gºC.

1

 



En el experimento Nº2 el calor especifico del calorímetro es: 0.0393 J/gºC.



En el experimento Nº3 el calor especifico del calorímetro es: 0.0374 J/gºC.



Como en el experimento Nº1 la respuesta del calor especifico se aleja de la respuestas deespecifico los demásen experimentos soloNº2 consideramos la respuesta del calor el experimento y Nº3 para calcular  el promedio, cuyo valor resulto: 0,0384 J/gºC lo que viene a ser el calor  especifico resultante del calorímetro.

RECOMENDACIONES

1

 



Poner atención a las indicaciones del guía de laboratorio para así poder  evitar accidentes.



Fijarse al leer bien la temperatura del agua.



Realizar la practica con cuidado y asegurarse de trabajar con la l a temperatura pedida.

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BIBLIOGRAFIA 

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



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



Practica de laboratorio # 2. Realizada por Luis A Rodríguez.



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



www.hverdugo.cl/calorimetria.htm.

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