Laboratorio de Calor

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA

DE MINAS”

TEMA: calor y tempe

ASIGNATURA:

FISICA II

DOCENTE:

ING. FERNÁNDEZ LEÓN, KATHERINE

CICLO:

SEGUNDO

INTEGRANTES:

BAUTISTA CHUQUIRUNA, EVELYN CABRERA BOÑON, RUTH LOPEZ ZAMORA, JHOE SALDAÑA GALLARDO, DANNY UGAZ CASTAÑEDA, CESAR

CAJAMARCA, DICIEMBRE del 2012

AAAAA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

AGRADECIMIENTO

Al concluir el presente informe sobre “determinación del calor especifico de un

metal y un calorímetro”, queremos hacer un sincero agradecimiento a cada uno

de los integrantes del equipo de trabajo y a la vez la Ing. Katherine Fernández

León, docente del curso de Física II, quien fue de vital ayuda durante y

posteriormente de haber hecho la experimentación respectiva, para así lograr

elaborar este informe.

Los autores

Física II - Temperatura y Calor Página 1



DEDICATORIA

El presente informe está dedicado a todos los estudiantes que día a día se

esfuerzan por ser unos futuros profesionales capacitados y con muchos valores;

capaces de competir en este mundo globalizado; así también lo dedicamos a

nuestra estimada docente Ing. Katherine Fernández León quien nos orienta y

capacita de la mejor manera para buscar mejores oportunidades de desarrollo

académico.

Los autores




CALOR Y TEMPERATURA

1. INTRODUCCIÓN

El informe presentado a continuación es todo el procedimiento y resultados

que hemos obtenido de la práctica de laboratorio realizada sobre el tema de

“CALOR Y TEMPERATURA”.

El calor es el proceso de transferencia de energía térmica entre diferentes

cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a

distintas temperaturas. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de

mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la

transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio

térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente,

tibio, frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como

una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema

termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más

específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía

interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los

movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional,

rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía

cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es

decir, que su temperatura es mayor.




2. RESUMEN

Esta práctica fue realizada con la finalidad de tener una idea de lo que es la

temperatura, como se transmite y como el calor especifico es propio de cada

material e influye en las propiedades caloríficas de un cuerpo determinado.

La calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico

usando un calorímetro. Para determinar el calor específico de una sustancia cualquiera

debemos saber con qué facilidad ésta intercambia calor con el medio que le rodea. El medio

debe estar bajo condiciones controladas para poder cuantificar el intercambio de calor del

cuerpo en estudio y para ello dispondremos de un sistema aislado del medio

ambiente, en otras palabras, le crearemos un pequeño ambiente al objeto

estudiado de tal manera que se encuentre libre de interacción con la atmósfera, tal

ambiente es el Termo o Calorímetro quien idealmente no debiera intercambiar nada de

calor con el medio, sin embargo sabemos que esto no ocurre, sin embargo, para intervalos de

tiempo no muy extensos es el termo una buena aproximación a lo idealmente requerido.

Para poder sacar los resultados esperados se tuvo que apoyar en ciertos

materiales, que en cierta manera son comunes y están al alcance de todos (un

termo, termómetro probeta, balanza, etc.

Esta práctica de laboratorio sirvió de ejemplo, para poder comprender el

comportamiento calorífico de determinados materiales como el plomo y el

agua. Esta práctica se basó en muchas experiencias de cada compañero del

grupo.




3. OBJETIVOS

3.1. Objetivos Generales

Determinar el equivalente de agua V de un calorímetro

Calcular el calor específico de un metal.

3.2. Objetivos Específicos

Calcular la densidad del agua con la que se trabaja.

Afianzar los conceptos de calor, temperatura, calor específico,

capacidad calorífica a través de la práctica en el laboratorio.




4. FUNDAMENTO TEÓRICO

4.1. LA ENERGÍA TÉRMICA

La energía térmica es la energía cinética (relacionada con el

movimiento) media de un conjunto muy grande de átomos o moléculas.

Esta energía cinética media depende de la temperatura, que se relaciona

con el movimiento de las partículas (átomos y moléculas) que

constituyen las sustancias.

4.2. LA TEMPERATURA

4.2.1. DEFINICION

La temperatura es una magnitudreferida a las nociones comunes decaliente, tibio, frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalarrelacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por elprincipio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.

4.2.2. ESCALAS

La temperatura es el nivel de calor en un gas, líquido, o sólido. Tres escalas sirven comúnmente para medir la temperatura. Las escalas de Celsius y de Fahrenheit son las más comunes. La escala de Kelvin es primordialmente usada en experimentos científicos.

4.2.2.1. Escala Celsius




La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales. Usted encontrará a veces esta escala identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

4.2.2.2. Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Esta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF).

4.2.2.3. Escala de Kelvin

La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la diseñó en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escala son llamadas Kelvins (K).

4.2.2.4. Cómo Convertir Temperaturas

A veces hay que convertir la temperatura de una escala a otra. A continuación encontrará cómo hacer esto.

1. Para convertir de ºC a ºF use la fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.

2. Para convertir de ºF a ºC use la fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.

3. Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15

4. Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15.

5. Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.

6. Para convertir de K a ºF use la fórmula: ºF = 1.8(K – 273.15) + 32.

4.2.2.5. Comparación entre Temperaturas

A continuación encontrará algunas comparaciones comunes entre temperaturas de las escalas Celsius y Fahrenheit.

TEMPERATURA ºC ºF




Punto Ebullición Agua 100 212

Punto Congelación Agua 0 32

Temperatura Corporal Promedio del Cuerpo Humano 37 98.6

Temperatura ambiente confortable 20 to 25 68 to 77

4.3. CALOR

4.3.1. DEFINICION

El calor es el proceso de transferencia de energía térmicaentre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo de energia siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y laconvección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía interna.

La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

4.3.2. UNIDADES

La magnitud del calor corresponde a la magnitud de la energía, sin embargo las unidades pueden tomar nombres especiales.

Caloría, caloría-gramo o pequeña caloría (cal). Es el calor o la energía que necesita 1 gramo de agua para elevar su temperatura desde 14,5°C a 15,5°C a presión atmosférica constante, es decir en 1°C.

1 cal = 4,186 J

Kilocaloría o gran caloría (Kcal). Es el calor o la energía que necesita 1 kilogramo de agua para elevar su temperatura desde 14,5°C a 15,5°C a presión atmosférica constante, es decir en 1°C.

1 Kcal = 1 000 cal = 4,186 X 103 J




BritihsTermal Unit(B.T.U). SE define como la cantidad de calor que necesita una libra de agua para elevar su temperatura en 1°F.

1 BTU = 252 cal = 1 054,87 J

1 cal = 3 968 x10-3 BTU

Equivalente Mecánico de Calor. Es la cantidad de calorías necesarias para producir un trabajo igual a 1 Joule.

0,24 cal = 1 J

4.4. Experimento de Joule

La experiencia de Joule pone de manifiesto la equivalencia entre dos formas de energía: la mecánica y la calorífica. Hasta este experimento, el calor se medía en calorías (cal). Una caloría es el calor que precisa intercambiar un gramo de agua para que su temperatura cambie un grado.

La energía mecánica se mide en julios (J). Un julio es la energía que se obtiene cuando una fuerza de un newton kilogramo produce un desplazamiento de un metro. Joule pone de manifiesto como la energía mecánica puede producir energía calorífica y lo hace siempre en la misma proporción.

Esta equivalencia de energías se llama equivalente mecánico del calor.

1 cal = 4,18 J

1 J = 0,24 cal

Joule realizó su experimento utilizando una masa de agua ma a una temperatura inicial T0, cuyo calor específico es 1 cal/ºC g, se calienta hasta unatemperatura final Tf cuando unas paletas agitan el baño. El calor necesario Q es:

Q = ma Ce (Tf– T0) calPara mover esta paleta se aprovecha la energía mecánica de una masa mp,que cae desde una altura h, mediante un hilo que acciona del movimiento de giro. La energía mecánica implicada es energía potencial Ep que se libera es:




Ep = mpghJ

Joule demuestra mediante esta experimentación que entre ambas formas deenergía existe una relación constante: el equivalente mecánico del calor:

Q / Ep= equivalente mecánico del calor

4.5. EQUILIBRIO TÉRMICO

4.5.1. DEFINICION

Para poder dar una definición más precisa del concepto de equilibrio térmico desde un punto de vista termodinámico es necesario definir algunos conceptos.

Dos sistemas que están en contacto mecánico directo o separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor lo que se conoce como superficie diatérmica, se dice que están en contacto térmico.

Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico.

4.6. CAPACIDAD CALORIFICA

4.6.1. DEFINICION

La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía caloríficatransferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de


http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_calor%C3%ADfica

http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_termodin%C3%A1mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)

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

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Superficie_diat%C3%A9rmica&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Propagaci%C3%B3n_del_calor



temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor»,2 y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica.1

4.7. CALOR ESPECIFICO

El calor específico 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 (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se le representa con la letra (minúscula).

De forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa 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 el cociente entre la capacidad

calorífica y la masa, esto es donde es la masa de la sustancia.1

4.8. CALORIMETRIA

La calorimetría mide el calor en una reacción química o un cambio físico usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.

UΔ = cambio de energía interna


http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica


http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico#cite_note-Krane2002-1


http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico#cite_note-2

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico#cite_note-Krane2002-1


http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica#cite_note-autogenerated1-1

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica#cite_note-2


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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica#cite_note-autogenerated1-1

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

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

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



Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio de entalpía.

4.8.1. CALORIMETRO

4.8.1.1. Definición

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.

Un calorímetro es un recipiente con dos cámaras. La primera cámara tiene la reacción que se quiere medir. La segunda cámara tiene un volumen medido de agua. Estas dos cámaras están separadas por una pared de metal que conduce el calor de la reacción con el agua sin dejar que se mezclen. Ambos están aislados por lo que el calor se queda dentro del calorímetro tanto como sea posible. Un termómetro mide la temperatura del agua.


http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n



El termómetro es sellado alrededor del calorímetro para evitar que el calor y el agua se escapen.

4.8.1.2. Tipos de calorímetros de acuerdo al método de medición

4.8.1.2.1. Calorímetro adiabático

Los calorímetros adiabáticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo:

1. Cuando la generación de calor es tan rápida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda durante el período en que se lleva a cabo la medida.

2. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia térmica RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida esté lo más aislado posible.

3. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo más semejante posible a la de la celda.

Para cumplir con las condiciones anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar constituido por un recipiente empacado al vacío, como es el caso de los vasos Dewar, por escudos metálicos que impidan la transferencia de calor, por materiales plásticos de baja conductividad térmica o por la combinación entre varios de estos.

Durante la experiencia calorimétrica cualquier calor generado o consumido en la celda lleva a un cambio en la temperatura. En los calorímetros adiabáticos se presenta un control estricto en la temperatura de los alrededores, lo que hace necesario el uso de adecuados controles electrónicos que mantengan constante el gradiente de temperatura entre la celda y los alrededores de tal forma que el intercambio de calor entre estos sea lo más pequeña posible, en teoría nula.




4.8.1.2.2. Calorímetro isoperibólico

Un calorímetro isoperibólico mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo. Existe una resistencia térmica RT, de magnitud definida entre los alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura entre estos (AT es igual a la temperatura de los alrededores y CT igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como AT es constante entonces el flujo de calor es una función de TC. Si la generación de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los alrededores TA. La siguiente figura muestra un esquema de la disposición de este tipo de calorímetros.

4.8.1.2.3. Calorímetro DoubleDry

Muchos calorímetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda actúa como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas.

En teoría los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetría, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error.

El elemento de absorción de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dieléctricos de bajas pérdidas son usados para las versiones de guías de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en una posición donde no es influenciado directamente por los campos electromagnéticos. Siendo ésta una de las características distintivas de un calorímetro y es esencial para su alta precisión.

4.8.1.2.4. Más tipos de calorímetros

4.8.1.2.4.1. Calorímetro Ideal

Intercambian calor el cuerpo y el agua

∑Qintercambiados=0Qcuerpo+¿Qagua=0¿




4.8.1.2.4.2. Calorímetro Real

En este caso el recipiente, el agitador y el termómetro intercambian calor con el agua y el cuerpo, entonces deben ser considerados en los cálculos

∑Qintercambiados=0Qcuerpo+Qagua+Qcalorimetro=0

4.8.1.3. Equivalente en agua de un calorímetro real

Cuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde energía. Esta intervención del calorímetro en el proceso se representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a añadir al líquido que contiene los gramos de agua que asignamos a la influencia del calorímetro y que llamamos "equivalente en agua". El "equivalente en agua" viene a ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor que el calorímetro".

4.8.1.4. EQUIVALENTE DE AGUA DE UN CALORIMETRO

Cuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde energía. Esta intervención del calorímetro en el proceso se representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a añadir al líquido que contiene los gramos de agua que asignamos a la influencia del calorímetro y que llamamos "equivalente en agua". El "equivalente en agua" viene a ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor que el calorímetro".

5. MATERIALES E INSTRUMENTOS:

A) De laboratorio:

Materiales

Agua potable Bloque pequeño de fierro Pabilo

Instrumentos:




Hervidor eléctrico Thermo Probeta

Equipos

Balanza Termómetro

B) De gabinete:

Materiales:

Papel bond.

Equipos:

Computadora Calculadora Escritorio Impresora

6. METODOLOGIA




A. Para llevar a cabo la presente experiencia, se utilizó:

a. Un calorímetro (Thermo), el funcionara como un aislante del calor.

b. Un termómetro de mercurio con una escala de 100°C.

c. Un trozo de metal, del cual debemos calcular su calcular su calor

específico (c).

d. Además de un hervidor eléctrico, en el cual hemos logro elevar la

temperatura tanto del agua, como del metal .

e. Así como de una balanza y una probeta para poder medir masas y

volúmenes respectivamente.

Fig. Materiales más importantes utilizados.

B. En el laboratorio se llevaron a cabo los siguientes pasos:

a. La primera parte de la experiencia, se estudió el comportamiento

calórico del agua. A través de transferencia de calor haciendo uso

del hervidor eléctrico; donde se pudo observar que al transmitirle

calor a una masa de agua haciendo uso del hervidor, esta alcanzaba

una determinada temperatura y que con el paso del tiempo va

disminuyendo progresivamente; gracias a esta variación de la

temperatura se pudo calcular el calor específico (c) del calorímetro

(thermo).




Fig. Hervidor eléctrico con agua en funcionamiento.

b. Para la segunda parte de la experiencia, se estudió el

comportamiento calórico del metal en estudio en nuestro caso fue el

hierro.

c. Se pudo observar que cuando se le transmitía calor al trozo de metal

(hierro) a través de agua y con ayuda del hervidor eléctrico, se

formaba un sistema que luego de un intervalo de tiempo alcanzaba

una temperatura de equilibrio. Con esta temperatura de equilibrio se

pudo determinar experimentalmente el calor específico del hierro.

Fig. Trozo de hierro dentro del calorímetro.

d. Los datos en ambas experiencias fueron registrados mediante tablas

para lograr un mejor manejo de la información obtenida, además

para contar con información más precisa, se ha consultado en la

estación meteorológica, ubicada en el interior del campus.




e. Con motivo de obtener los resultados restantes de los materiales a

prueba, fue necesario realizar determinados cálculos sencillos. Con

dichos datos de temperatura y masa, y mediante las fórmulas

teóricas (ver cálculos) es posible llegar a un resultado teórico de

calorimetría.




7. PROCEDIMIENTO

7.1. Determinamos la masa del agua contenida en una probeta

Masa del agua (M1)= (Masa de la probeta + M1) – (Masa de la probeta)

Masa probeta= 158 gr

Masa de la probeta + M1= 605.2 gr

M1= 605.2 gr - 158 gr= 447.2 gr

7.2. En un hervidor calentamos la masa de agua conocida (M1)

hasta una determinada temperatura (T°1)

Temperatura del agua en el hervidor (T°1)= 76 °C

7.3. Luego vertemos el agua caliente del hervidor hacia el thermo,

y después de 5 minutos tomamos de nuevo la temperatura.

T°2= 72 °C

7.4. Registramos los datos obtenidos en una tabla:

TABLA Nº1

N° M1 T°1 T°2

01 447.2 gr 76 °C 72°C

7.5. Calentamos la masa (M4) del metal (hierro)

M2= 50.78 gr

7.6. Calentamos el metal en el hervidor eléctrico hasta una

temperatura T°3.

T°3= 91°C

7.7. Colocamos el metal en el thermo que contiene agua a T°3.




T°4=61°C

7.8. Determinamos la temperatura del agua más el metal (T3)

después de 5 minutos en el thermo.

T°5= 69°C

7.9. Luego registramos estos datos en una tabla.

TABLA Nº2

M2 T°3 T°4 T°5

50.78 gr 91°C 61°C 69°C

8. CUESTIONARIO




8.1. A PARTIR DE LOS DATOS REGISTRADOS EN LA PRIMERA

TABLA, CALCULAR EL VALOR DE V.

QAGUA +QCALORIMETRO=0

M1*C (AGUA)*(T1-T°1)- M2*C (CALORIMETRO)*(T1-T°2)=0

Donde:

M1: masa de agua =144.2gr

C(AGUA): calor especifico del agua = 1calgr∗˚ C

T1 : Temperatura final ( agua + calorímetro) = 65 ˚C

T°1: Temperatura inicial del agua= 81˚C

M2: masa del calorímetro

C(CALORIMETRO): calor especifico del calorímetro

T°2 : temperatura inicial del calorímetro

Entonces:

144.2gr*1calgr∗˚ C *(65 ˚C-81˚C)- M2*C (calorímetro)* (65˚C-10˚C)=0

M2*C (CALORIMERO) = 41,9490909/˚C

Pero: M2*C (CALORIMETRO)=V=41,9490909/˚C

8.2. A PARTIR DE LOS DATOS SELECCIONADOS EN LA SEGUNDA

TABLA, CALCULAR EL VALOR DEL CALOR ESPECIFICO DEL METAL

SELECCIONADO.

M1*C (AGUA)*(T3-T°3)- M2*C (CALORIMETRO)*(T3-T°3) + M4*C (PLOMO)*(T3-T°4)=0

Donde:

T3 : Temperatura final del agua, el calorímetro y el plomo=

52.8




T°3 : Temperatura inicial del agua y el calorímetro= 52

M4: masa del plomo = 88.1gr

C (PLOMO): calor especifico del plomo: ¿?

T°4: temperatura inicial del plomo= 86 ˚C

Entonces:

144.2*1calgr∗˚ C *(52.8˚C-52˚C)+(52.8˚C-52˚C)*

41,9490909/˚C+88.1gr*C(PLOMO)*(52.8˚C -86˚C)=0

C (PLOMO) = 0,05091396

8.3. COMPARAR EL RESULTADO ANTERIOR CON EL REGISTRADO

EN TABLAS. DETERMINAR EL ERROR RELATIVO COMETIDO.

TEO:CALOR ESPECIFICO DEL PLOMO (registrado en tablas)= 0.0305

exp: CALOR ESPECÍFICO DETERMINADO EXPERIMENTALMENTE:

0,05091396

%ERROR=|TEO−expTEO |(100 )

%ERROR=|0.0305−0,050913960.0305 |

%ERROR=|−0,6693103|*100

%ERROR=¿66.9%

8.4. ¿CUAL ES LA IMPORTANCIA DE DETERMINAR EL

EQUIVALENTE DE AGUA DE UN CALORIMETRO?

Cuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la

absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo

mismo sucede cuando pierde energía. Lo normal seria que el recipiente

no intervenga en el proceso porque no es fácil de medir la temperatura

de este, y es aquí donde esta la importancia del equivalente de agua, es




importante porque nos facilita la medición de temperatura o calor q

absorbe el recipiente. Esta intervención del calorímetro en el proceso se

representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a añadir al

líquido que contiene los gramos de agua que asignamos a la influencia

del calorímetro y que llamamos "equivalente en agua". El "equivalente

en agua" viene a ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el

mismo calor que el calorímetro".

El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se

comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las

mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la

cantidad de equivalentes.

8.5. USANDO EL VALOR DE V PODRIA DETERMINAR EL CALOR

ESPECÍFICO DEL MATERIAL DEL CALORIMETRO? PORQUE.

Teniendo el valor de v y la masa del calorímetro será muy fácil

determinar su calor específico.

8.6. SI SE COLOCARAN MASAS IGUALES DE DISTINTAS

SUSTANCIAS, SEPARADAMENTE DENTRO DE RECIPIENTESQUE

CONTIENEN IGUAL CANTIDAD DE AGUA A 100ª C, ¿ALCANZARAN

IGUAL VARIACION DE TEMPERATURA? ¿PORQUE?

No, porque no todas las sustancias absorben la misma cantidad de calor

en un mismo tiempo dado que no tienen las mismas propiedades y esto

es gracias a que cada sustancia tiene una capacidad calorífica diferente

pues se debe saber que La capacidad calorífica de un cuerpo es el

cociente entre la cantidad de energía calorífica que se transfiere a un

cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura

que experimenta GGla capacidad calorífica indica la mayor o menor

dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de

temperatura bajo el suministro de calor y este no depende solo de las

cantidades sino también del tipo de sustancias.




8.7. ¿PARA QUE TEMPERATURA ES VÁLIDA LA FORMULA

UTILIZADA PARA CALCULAR EL CALOR ESPECÍFICO DE UN SOLIDO?

8.8. TODAS LAS MEDIDAS CALORIMETRICAS SE REALIZAN DE

MANERA QUE EL CAMBIO DE TEMPERATURA NO SEA MUY

PEQUEÑO. ¿PORQUE?.

Porque en un periodo muy corto de tiempo y en una cantidad muy

pequeña de sustancia, la variación de temperatura será mínima casi

imperceptiblepero existirá de todos modos lo cual dificultara su

medición y el error de medición será significativo. Por lo cual se

prefiere usar todas las medidas en cantidades que se diferencien de

modo que se puedan medir y así tener un error mínimo en la

medición del cambio de temperatura.

9. CONCLUSIONES

10. ANALISIS Y DISCUSION

11. BIBLIOGRAFIA

12. ANEXOS

Sustancia Calor específico (J/kg·K)Acero 460Aluminio 880Cobre 390Estaño 230Hierro 450Mercurio 138Oro 130Plata 235Plomo 130Sodio 1300




Fuente: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975, pág 74-75

Koshkin, Manual de Física Elemental. Ed. Mir 1975. pág. 36, 74-75, 85-86

• Tena, Ballester (2002): Guión de prácticas, Técnicas experimentales en Física General

• Tipler-Mosca, 5ª Ed 2005.; Reverté; pág. 520 y Apéndice

• http://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-metals-d_152.html

• http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico

• http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/conduccion/conduccion.htm

• http://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/calor/calorespecifico.htm

• http://www.kayelaby.npl.co.uk/general_physics/2_3/2_3_6.html

*Nota: Ésta última página es la más completa, pues presenta una tabla con una relación muy amplia de distintos tipos de metales con los calores específicos según la temperatura.


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