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INDICE
Caratula«««««««««««««««««««««««««.. pág. 1 Índice«««««««««««««««««««.................... Índice«««««««««««««««««««............ ................. ......... pág. 3 Calor especifico de los metales««««««««««««««........... pág. 4 Objetivos Fundamento Teórico. Calor. Unidades de medida del calor. Capacidad calorífica. Calor especifico. Calorímetro. Equipos y materiales««««««««««««««««««««....pág. 6 Cálculos y resultados ««««««««««««««««««««. Pág. 7 Experimento Experimento Nº 1 ³Calculo ³Ca lculo de la capacidad calorífica´«««««««. Pág. Pá g. 7 Experimento Experimento Nº 2 ³Calculo del calor especifico del Pb, Al y Fe´«««. Pág. 8 Calor especifico del Plomo««««««««««««««««««. Pág. 9 Calor especifico del Aluminio««««««««««««««««« pág. 10 Calor especifico del hierro««««««««««««««««««.. pág. 11 Observaciones y Conclusiones««««««««««««««««« pág.12 Bibliografía««««««««««««««««««««««««.. pág.13
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CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS I.OBJETIVOS: Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro por principios del calor. Determinar el calor específico de cada metal (plomo, hierro y aluminio). Calcular y comparar datos teóricos de calores específicos de los metales.
II.FUNDAMENTO TEÓRICO: CALOR Es
la transferencia de energía térmica desde un sistema a otro de menor temperatura que
fluye espontáneamente según lo describe la termodinámica. Esta transferen cia de calor puede usarse en la mecánica para realizar trabajo sobre algún sistema y de ahí sus aplicaciones. Matemáticamente la transferencia de calor provocado por una variación de temperatura
puede describirse como:
dQ ! ce.m.dT Ahora si consideramos el ce (Calor específico del material) constante: T 2
´ dQ ! C e.m ´1 dT T
Y de ahí la í la expresión quedaría como:
Q ! C e.m.(T Donde T=T2-T1 ; Variación de temperatura.
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fig.:
trans trans isión de de calor
UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR En
el Sis Siste a Inte Internacional de de Unidades Unidades es la mis misma que que la de la energía y el traba j traba jo: o: el ¡
Joule Joule (unidad de de medida) Joule Joule. Otra unidad ampliame ampliamente nte utilizada para la cantidad de de en ergía té térmica inte intercambiada es la caloría (cal), que que es la cantidad de de energía que que hay que que suminis uministrar a un u n gramo de de agua a 1
atmós atmósf era de d e pres presión ión para elevar evar su te tempe mperatura de de 14,5 a 15,5 grados grados Celsius ius. La caloría tambié también es conocida como caloría pe pequeñ queña, a, en compara ción con la kilocalorí al oría a (Kcal), que que se conoce como caloría grande grande y es utilizada en nutrición.
Joule Joule, tras tras múltiples múltiples e perime rimentaciones iones en las las que que el mov movimie imiento de d e unas unas palas palas, ¢
impuls impulsadas adas por un ju juego de pesa esas, se mov movían en el inte interior de de un recipie ipiente nte con agua, establ estable eció el equivalente mecánico del calor , de determinando el incremento de de tempe mperatura que que se produ cía en el fluido como conse onsecuencia de los los rozamie rozamientos ntos producidos idos por la agitación de de las las palas palas:
joule e El joul
(J) es la unidad de de energía en el Sis Sistema Inte Interna cional de de Unidades Unidades.. CAPACIDAD CALORÍFICA
Se define fine como la cantidad de de calor ganado o cedido que que n ecesita esita la mas ma sa de una sustancia para que que la te tempe mperatura varié arié en un grado.
K !
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Q (T
Sie Siendo las las unidades unidades:: Cal/ºC, Kcal. /Kg. ºC, J/ºC.
CALOR ESPECÍFICO El
calor esp específico es la energía ne necesaria esaria para elevar evar 1 ºC la te tempe mperatura de d e una mas masa
determinada de d e una sustancia. El concepto de d e capa cidad calorífica es análogo al ante anterior pero para una mas masa de un mol de d e sustancia (en est este caso es n ecesario esario cono cer la estru estructura química de de la mis misma). El
calor esp específico es un paráme parámetro que que d epende nd e del mate material y relaciona el calor que que se
proporciona a una mas masa de determinada de de una sustancia con el incremento de de tempe mperatura:
Donde Donde: Q: es el calor aportado al sistema
masa de del sistema M: es la mas específico de del sistema C: es el calor esp de tempe mperatura que que e perime rimenta el sistema T: es el incremento de £
Las Las unidades unidades más más habituales habituales de calor esp específico son:
EL CALORÍMETRO: El
instrume trumento que que sirve irve para me medir las las cantidades antidades d e calor suminis uministradas tradas o calorímetro es un ins
recibidas ibidas por los los cuerpos rpos.
Es
decir, sirve irve para
determinar el calor esp esp ecífico de de un cuerpo, as así como para me medir las las cantidades antidades de calor que qu e libe liberan o abs absorbe orben los los cuerpos rpos. Este
recipie ipiente nte,
conve onveni nie ente ntemente nte
se con
encu entra el
propós propósito
ais aislado de de
evitar evitar
perdidas rdidas de calor cu yas pare paredes están están he hechas has d e mate materiales riales ais aislantes lantes térmicos Se usa para estudiar estudiar mezclas las caloríficas y para conse onserrvar sustancias ias a tempe mperatura cons onstante tante. III
. Q IP S Y M A ¤
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6
Un caloríme alorímetro de de mezclas las (un te termo). Un te termóme rmómetro de de mercurio. Un me mechero bunse bunsen. n. Una olla para cale alentar el agua. Una balanza. 3 trozos trozos de metales tales (uno de de plomo, uno cobre obr e y otro de de hie hierro). Agua.
.
IV
A
S Y RE S
AD S
EXPERIMENTO N°1
CÁLCULO DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO: a) Secuencia de la experiencia:
Colocar de d entro de del caloríme alorímetro una cantidad MF de agua de de caño, deje d eje que que se establ estable ezca el equilibrio y medir la te tempe mperatura de del equilibrio TF Cale Calentar agua en la olla a una te tempe mperatura TC y lue luego colo car una cantidad esta agua en el caloríme alorímetro. MC de esta Finalme Finalmente nte medir la nuev nueva a tempe mperatura de de equilibrio TM. b) Datos obtenidos:
MF y TF: mas masa y tempe mperatura de d el agua fría res resp pectiv tivame amente nt e. MC y TC: mas masa y tempe mperatura de del agua calie aliente nte resp espectiv tivame amente nte. TM: te tempe mperatura de de la me mezcla.
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Sea:
Q 1: Calor ganado por el agua fría. Q 2: Calor perdido por el agua caliente.
Q 3: Calor ganado por el calorímetro.
Luego por conservación de la energía se sabe que:
Despejando Cc y reemplazando datos se tiene:
Calculo de la Cc con los primeros datos:
º
Calculo de la Cc con los segundos datos:
º
Promedio de las capacidades caloríficas: Cc PROMEDIO = (Cc1 + Cc2 )/2
Cc PROMEDIO = 16.14 Cal Cal/ºC
EXPERIME N O N 2:
C
C
"
!
C
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%
#
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&
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CI IC "
'
$
(
b, l, y e. %
#
$
'
(
a) Secuencia de la experiencia: Agregar al calorímetro 120 ml de agua, agitar y medir la temperatura. 8
cir u no d os t s n u n r ci i nt In t r du ci ne cesa ria ara qu e se cubra el et al. al.
r
r
c n tid d d
u
Calen t ar el reci ient e con el et al al h ast a ciert a t empe emperatur a, esperar al red ed or d e 5 minut os os pa ra qu e el me t al al al can cedich a t empe emperatur a. Con u na pinza sacar el met al al e in tr oducirlo en el calo ríme tro. it a el sist ema ema y lee r la t empe emperatur a d e la mez cla. Real izar est os os p roc edi mien t os os pa ra cad a u no d e los me t ales ales (plomo, alu min io y hi erro).
PLOMO:
Datos obtenidos:
Sea: Q 1: Calor ganado por el agua fría.
perdido por el PLOMO. Q 2: Calor pe
alorímetro. Q 3: Calor ganado por el caloríme
Lue Luego por conse onserrvación de de la energía se sabe abe que que:
Desp espejando ejando CePb y reemplazando eemplazando datos datos se tie tiene: 9
º
Desp esp ejando ejando Ce CePlomo (Experime rimental):
y
º
y
Ce Plomo (Te (Teórico):
º
ó
ALUMINIO:
Datos obtenidos:
Sea:
Q 1: Calor ganado por el agua fría.
perdido por el ALUMINIO. Q 2: Calor pe Q 3: Calor ganado por el caloríme alorímetro.
Lue Luego por conse onserrvación de de la energía se sabe abe que que:
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Desp espejando ejando CeAl y reemplazando eemplazando datos datos se tie tien e:
º
Desp esp ejando ejando Ce CeAluminio (Experime rimental):
y
y
º
Ce Plomo (Te (Teórico):
º
ó
HIERRO:
Datos obtenidos:
Sea:
Q 1: Calor ganado por el agua fría.
perdido por el HIERRO. Q 2: Calor pe Q 3: Calor ganado por el caloríme alorímetro.
Lue Luego por conse onserrvación de de la energía se sabe abe que que:
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Despejando CeFe y reemplazando datos se tiene:
y
º
Despejando CeHierro (Experimental):
y
º
Ce Hierro (Teórico):
º ó
V. OBSERVACIONES: Antes de realizar la medición de la temperatura dentro del calorímetro se debe
esperar hasta que el sistema se homogenice, es decir que las masas presentes alcancen una temperatura de equilibrio. Al medir la temperatura de equilibrio luego de introducir el metal, notamos que esta
es más próxima a la de agua fría que a la del metal. Cabe considerar que en el transcurso de llevar los metales al calorímetro, se pudo haber perdido un poco de calor al exterior, ya que en la experiencia los sólidos los
tuvimos que sacar del agua caliente y estuvo un instante de tiempo en contacto con el medio ambiente antes de introducirlos al calorímetro por consecuencia el error que encontramos.
VI. CONCLUSIONES: El
calor es energía que se transfiere de un sistema a otro, debido a que se encuentran
a diferentes temperaturas. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el
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que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el
equilibrio térmico. Es decir el calor que pierde uno lo ganara el otro. 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 un cuerpo gana calor T es positiva, lo que corresponde a que la energía
térmica fluye hacia el sistema, cuando un cuerpo pierde calor su T es negativa es decir la energía térmica fluye hacia f uera del sistema. Se concluye que 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 conserva ción de energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica total del sistema se mantiene. Con estos metales podemos concluir que 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.
VII. BIBLIOGRAFIA BIBLI OGRAFIA:: Libros dos:: bros consultados
Física, Serway, Raymond A, edit. Interamericana, México (1985).
Física, Resnick, Robert; Halliday, David; Krane, Kenneth S, edit. CECSA 1993
Págin Páginas Web consultadas:
http://es.wi kipedia.org/wi ki/Onda_esta cionaria
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http://drupal.pu j.edu.co/files/.pdf
http://uk.geocities.com/piklemas/cuerdytubs.html
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