INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS

INTRODUCCIÓN El presente informe de laboratorio de física, que tiene por título “CALOR ESPECIFICO” la cual

pertenece a la sección que se encuentra bajo la

dirección del ing. José Pachas, profesor del curso de física II de la facultad de ingeniería Mecánica Con este experimento se pretende que el estudiante de ingeniería observe el “CALOR ESPECIFICO” y a partir de ello identifique las principales magn itudes

que intervienen, y visualice los valores que éstas toman en distintos casos, así como las variaciones que experimentan en diversos instantes y posiciones.  También es una nueva oportunidad que tenemos los alumnos pertenecientes pertenecientes al grupo, para poder dar un aporte que sea útil a nuestros compañeros, con los cuales intercambiaremos información sobre el tema desarrollado, resultados, y así sacar conclusiones, con las cuales sacar recomendaciones para mejorar el experimento realizado. Queremos agradecer a la facultad de ciencia por el préstamo de su laboratorio, además al ing. José Pachas por el tiempo brindado hacia nosotros y por su conocimiento que nos transmite en cada experimento Por último esperamos que este trabajo sea de su agrado.

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OBJETIVOS

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Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro.

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Determinar el calor específico de diferentes muestras solidas mediante

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el uso de un modelo dinámico sencillo. 

Estudiar el efecto de la transferencia de calor entre el calorímetro y la muestra a analizar.

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Verificar experimentalmente las distintas ecuaciones de cantidad de calor (Q).

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Aplicar la Ley la Ley de Equilibrio Térmico a sistemas a sistemas termodinámicos.

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Aplicar la conservación de la energía en sistemas con transferencia de calor.

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Reconocer el calor como una forma de energía.

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Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor específico, capacidad calorífica.

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FUNDAMENTO TEÓRICO CALOR ESPECÍFICOCancel

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El calor específico  es una magnitud 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 (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra

(minúscula).

En forma análoga, se define la capacidad la  capacidad calorífica como la cantidad de calor de calor que hay que suministrar a toda la extensión de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra

(mayúscula).

Por lo tanto, el calor específico es la capacidad calorífica específica, esto es . El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor específico e specífico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de  magnesio que para un lingote de plomo de plomo de la misma masa. El término "calor específico" tiene su origen en el trabajo del físico  Joseph Black, quien Black, quien realizó variadas medidas calorimétricas calorimétricas  y usó la frase “capacidad para el calor”. En esa época la mecánica  y la termodinámica la termodinámica se consideraban

ciencias independientes, por lo que actualmente el término podría parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podría ser transferencia de energía calorífica específica , pero el término está demasiado arraigado para ser

reemplazado. El calor específico medio   ( ) correspond correspondient ientee a un cierto cierto intervalo intervalo de temperaturas

se define en la forma:

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Donde

es la transferencia de energía en forma calorífica entre el sistema y Cancel Download And Print

su entorno u otro sistema,

es la masa del sistema (se usa una n  cuando  cuando se

trata del calor específico molar) y

es el incremento de temperatura que

experimenta el sistema. El calor específico   ( ) cor corre resp spond ondie ient ntee a una una temperatura dada

se define como:

El calor específico específico ( ) es una función función de la tempera temperatura tura del del sistema sistema;; esto es, . Esta función es creciente para la mayoría de las sustancias (excepto para los gases monoatómicos y monoatómicos  y diatómicos). diatómicos). Esto se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y sólo estén accesibles a medi medida da que que aum aumen enta ta la tempe tempera ratu tura ra.. Con Conoc ocid ida a la la fun funci ción ón

, la la can canti tida dad d de de

calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial T i i a    a la final T  f  se  se calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse simplemente como:

Cantidad de sustancia Cuando se mide el calor específico en ciencia e ingeniería, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, de  masa, ya  ya sea en gramos en  gramos o en kilogramos, en kilogramos, ambos  ambos del SI.  SI.  Especialmente en química, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor específico, el cual es un cierto número de moléculas o átomos de la sustancia. Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el término calor específico molar  se   se puede usar para referirse de manera explícita a la medida; o bien usar el término calor específico másico , para indicar que se usa una unidad de masa.

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Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor Cancel Download And Print específico y éstas se denotan con sufijos en la letra c . El calor específico de los

gases normalmente se mide bajo condiciones de presión constante (Símbolo: ). Las mediciones a presión constante producen valores mayores que c   p ). aquellas que se realizan a volumen constante ( c v v), )  , debido a que en el primer caso se realiza un trabajo de expansión. El cociente entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinámico se denomina coeficiente adiabático  y se designa mediante la letra griega

(gamma). Este

parámetro aparece en fórmulas físicas, como como por ejemplo la de la velocidad la  velocidad del sonido en un gas ideal. El calor específico de las sustancias distintas de los gases monoatómicos no está dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura. Por lo tanto, debe especificarse con precisión la temperatura a la cual se hace la medición. Así, por ejemplo, el calor específico del agua exhibe un valor mínimo de 0,99795 cal/(g·K) para la temperatura de 34,5 °C, en tanto que vale 1,00738 cal/(g·K) a 0 °C. Por consiguiente, el calor específico del agua varía menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(g·K) a 15 °C, por lo que a menudo se le considera como constante. La presión a la que se mide el calor específico es especialmente importante para gases y líquidos.

UNIDADES Unidades de calor La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el  joule (J). La caloría (cal) también se usa frecuentemente en las aplicaciones científicas y tecnológicas. La caloría se define como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 °C la temperatura de un gramo de agua destilada, en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C. Es decir, tiene una definición basada en el calor específico.

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Print document order to print this document from Scribd, you'll Unidades de calor Inespecífico first need to download it.

En el Sistema Internacional de Unidades, el calor específico se expresa en Download And Print -1·K-1); otra  julios por kilogramo y por Cancel kelvin (J·kg unidad, no perteneciente al

SI, es la caloría por gramo y por kelvin (cal·g -1·K-1). Así, el calor específico del agua es aproximadamente 1 cal/(g·K) en un amplio intervalo de temperaturas, temperaturas, a la presión atmosférica; exactamente 1 cal·g -1·K-1 en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C (por la definición de la unidad caloría) unidad  caloría).. En los Estados Unidos, y Unidos, y en otros pocos países donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajón de Unidades,  Unidades,   el calor específico se suele medir en BTU (unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de temperatura). La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosféricas normales.

FACTORES QUE AFECTAN EL CALOR ESPECÍFICO ESPECÍFICO Las moléculas tienen una estructura interna porque están compuestas de átomos que tienen diferentes formas de moverse en las moléculas. La energía cinética almacenada en estos grados de libertad internos   no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor específico.

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REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA Se usaron los siguientes materiales: Cancel Download And Print Un calorímetro de mezclas.

Una olla para calentar agua.

Un soporte universal. Un termómetro.

Un matraz de 200 ó 250 ml.

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Print document Una balanza.

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de gas.

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3 piezas de material sólido.

Un fósforo o un encendedor.

Un mechero Bunsen.

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DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL first need to download it. CALORÍMETRO Cancel 

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Se coloca dentro del calorímetro una cantidad de masa de agua a una temperatura menor que la del medio ambiente.



Se deja deja que que se se establezca establezca el equilibrio equilibrio y medimos la temperatura de equilibrio   La temperatura de equilibrio fue  T a = 23°C



Medir un cierto volumen de agua y calentarlo en la olla hasta una temperatura  .

La temperatura de equilibrio T b = 80°C

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Se coloca una cantidad m b de esta agua en el calorímetro.

Cancel

Se deja que se establezca

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el equilibrio y medimos la

nueva

temperatura de equilibrio   La temperatura de equilibrio fue:  T = 51,5°C

CALOR ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS 

Se coloca una cantidad de masa de agua en el calorímetro y se deja que se establezca el equilibrio.

Se mide la temperatura de equilibrio  La temperatura de equilibrio fue:  T a = 23°C

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Comenzamos usando la masa 1, cuyo masa fue de:

m1 = 76,9g

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Sumergiéndolo en agua caliente, caliente un cuerpo sólido hasta una temperatura T b

sumergiendo el sólido

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Se eleva la temperatura del sólido hasta una temperatura T b La temperatura fue de:  T b = 80°C



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Luego se sumerge el cuerpo a temperatura T b dentro del agua que está contenida en el calorímetro a temperatura . Se mide la temperatura de equilibrio La temperatura de equilibrio fue:  T = 29°C



Se repite estos pasos con los dos siguientes metales.

1. Para la masa 2, cuya masa fue de:

m2 = 111g La temperatura de equilibrio fue:  T = 27°C 2. Para la masa 3, cuya masa fue de:

m3 = 87,9g La temperatura de equilibrio fue:  T = 28°C

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CÁLCULOS Y RESULTADOS

Cancel Download And Print DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL

CALORÍMETRO PROBLEMA N°1: Con los datos experimentales determinaremos la capacidad calorífica del calorímetro.

SOLUCIÓN:  Teniendo en cuenta el fundamento teórico teórico Calor ganado por un cuerpo = calor perdido por el otro   

Por definición:

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Dónde:  : Calor ganado por el agua a 23 .   : Calor ganado por el calorímetro.  : Calor perdido por el agua a 80.

C : Capacidad calorífica. Para el agua se sabe que:   

 

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Print document Ecuaciones:

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     Cancel Download And Print   (  )(   )  (  )(   )  (  )(  )  ()(  )  (  )(  )  ()( ()(    )      

 

CALOR ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS PROBLEMA N°2: A. Determinar el calor calor específico específico de la masa 1.

Dónde:  : Calor ganado por el agua a 23 .   : Calor ganado por el calorímetro.  : Calor perdido por la masa 1 a 80.

Para el agua se sabe que:      En el problema N°1 se calculó la capacidad calorífica del calorímetro          14

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Print document Ecuaciones:

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   Cancel Download And Print

     )(   )   (   )    (  ) (  )  (  )(

Pero:           ;    ;    )(    )  ()( )   (    ) )    (   )(  )(  )       

PROBLEMA N°3: B. Determinar el calor calor específico específico de la masa 2.

Dónde:  : Calor ganado por el agua a 23 .   : Calor ganado por el calorímetro.  : Calor perdido por la masa 1 a 80 .

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En el problema N°1 se calculó la capacidad calorífica del calorímetro Cancel Download And Print         

Ecuaciones:   

     )(   )   (   )    ( ) (  )  (  )(

Pero:          ;    ;   

)(    )  ()( )   (    ) )   (    )(  )(   )       

PROBLEMA N°4: C. Determinar el calor calor específico específico de la masa 3.

Dónde:  : Calor ganado por el agua a 23 . 16

 

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  : Calor ganado por el calorímetro.

 : Calor perdido por la masa 1 a 80 . Cancel Download And Print

Para el agua se sabe que:   

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En el problema N°1 se calculó la capacidad calorífica del calorímetro         

Ecuaciones:   

      (  )(   )   (   )    ( ) (  )

Pero:           ;    ;     ()(    )   (    )    (    )(  )(  )       

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OBSERVACIONES 

Es importante distinguir entre capacidad calorífica y calor específico, el Cancel

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primer término término alude al objeto y el segundo al material del cual está hecho. 

La tapa del calorímetro no es muy hermética, por lo que el medio influye en cierto modo en la temperatura de equilibrio.

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La probeta tiene un margen de error en la medición, así que la cantidad c antidad de agua en equilibrio no es exacta.

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Las piezas metálicas calentadas no llegaban a variar considerablemente la temperatura del agua.

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Se observa que cada vez que transvasamos el agua, se pierde aproximadamente aproximadamente 1g de agua.

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No llegamos a utilizar el dato de la temperatura del medio ambiente, a menos que sea para cerciorase que la temperatura agua es menor a la temperatura del medio medio ambiente. ambiente.

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Estamos incurriendo a un error en los cálculos, pues no consideramos la pérdida de la temperatura temperatura del metal metal en el momento que se se retira del sistema que le entrega calor para después sumergirlo en el sistema de prueba.

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Se observó que luego de calentar el agua y apagar el mechero, la medida que se observaba en el termómetro disminuía rápidamente en aproximadamente 5 a 10 °C, luego seguía disminuyendo pero más despacio (de manera casi imperceptible).

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En nuestros cálculos cálculos no hemos incluido el calor que absorbe absorbe el metal del termómetro.

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RECOMENDACIONES 

Se recomienda el uso de guantes aislantes del calor, para prevenir Cancel Download And Print cualquier accidente de quemadura, ya que se trabaja a temperaturas mayores a 50°C.

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Se recomienda que la experiencia se realice con mucho cuidado y rapidez para que al momento momento de vaciar el agua al termo termo no se disipe disipe mucho calor al medio exterior.

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Se recomienda hacer el experimento tres veces para así trabajar con mayor precisión precisión y que el resultado resultado se aproxime aproxime más al real.

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Para la primera parte de la experiencia, se recomienda humectar la ollita antes de vaciar el contenido de la probeta a fin de compensar las pérdidas de masa de agua.

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Se recomienda calentar el agua de manera moderada y de preferencia menos de 100°C.

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CONCLUSIONES 

En el cálculo del Cancel calor especifico deAnd lasPrint muestras sólidas (fierro, Download aluminio, plomo) se encontró que nuestros valores hallados distan considerablemente considerablemente de los valoras promedio encontrados en los textos de física. Pese a esto se guarda una correcta proporción en los resultados.

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El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio térmico.



Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna al al igual que para para absorber energía y una buena buena parte de la energía hace hace aumentar la intensidad intensidad de las vibración vibración de las redes atómicas y este tipo de movimiento de  movimiento es el responsable del aumento en la temperatura.

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Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y ∆T se consideran

positivas, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura dis minuye, Q y ∆T 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.

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Se concluye que los tres tipos de materiales tienen diferentes valores, de acuerdo a sus propiedades físicas.

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BIBLIOGRAFÍA

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FÍSICA UNIVERSITARIA VOLUMEN I, Sears, Zemansky, Young, Fredman, Pearson.



FÍSICA VOLUMEN I, Tipler, Mosca, Reverté.



FÍSICA GENERAL, Burbano.

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Serway Jewet (2003). Física 1. Thomson.

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http://www.fisicanet.com.ar/fisica/t http://www.fisicanet.c om.ar/fisica/termodinamica/tb01_ ermodinamica/tb01_calor.php calor.php

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APÉNDICE  Tabla de Calor

Material Aceite de Oliva Acero Agua Alcohol Alpaca Aluminio Antimonio Azufre Bronce Cadmio Carbón Mineral Carbón Vegetal Cinc Cobalto Cobre Cromo Estaño Éter etílico Fenol Glicerina Hierro Ladrillo Refractario Latón Manganeso Mercurio Mica Naftalina Níquel Oro Parafina Plata Platino Plomo Potasio Tolueno Vidrio

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Específico (C e)

Fusión (lf )

Vaporización (lv)

Kcal/kg.°C 0,400 0,110 1,000 0,600 0,095

kJ/kg 205 335 377 164 38 46 117 243 172 59 113 113 109 176 168 155 11,7 151 234 67 147 109 113 23 59 -

kJ/kg 2250 880 281 365 -

0,217

0,050 0,179 0,086 0,056 0,310 0,201 0,093 0,104 0,093 0,108 0,060 0,540 0,580

0,113

0,210 0,094 0,110 0,033 0,210 0,110 0,031 0,778 0,056 0,031

0,031

0,019 0,380 0,200

kJ/kg.K 1,675 0,460 4,183 2,513 0,398 0,909 0,210 0,750 0,360 0,234 1,300 0,840 0,389 0,435 0,389 0,452 0,250 2,261 2,430 0,473 0,880 0,394 0,460 0,138 0,880 0,461 0,130 3,260 0,235 0,130 0,130 0,080 1,590 0,838

Equivalencias:

1 kJ/kg.K = 0,2388 kcal/kg.°C

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