LABORATORIO DE FISICA II EXPERIENCIA Nº 11 CALOR ESPECÍFICO PROFESOR
: Victor QUIÑONEZ AVENDAÑO
INTEGRANTES
:
-
RAMIREZ VIDAL Omar Miguel
15190065
-
NOVOA HIDALGO Diego Alejandro
15190227
-
LEON CUEVA Jhon
16170056
-
GERÓNIMO CAPARACHIN Jordan Jhosell 16170056
LIMA - PERÚ – 2017
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INDICE 1. OBJETIVOS 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3. MATERIALES E INSTRUMENTOS 4. PROCEDIMIENTO 5. DATOS Y RESULTADOS 6. GRÁFICAS Y/O TABLAS 7. ANÁLISIS 8. CUESTIONARIO 9. CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES 10. BIBLIOGRAFÍA
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1 OBJETIVOS
Calcular experimentalmente el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas.
2 FUNDAMENTO TEÓRICO Calor-. El calor se define como la energía que atraviesa la frontera de un sistema debido a una diferencia de temperaturas entre dicho sistema y sus alrededores. Una notación conveniente es el calor por unidad de masa, q: =
La cantidad de calor seria absorbida por masas de una misma sustancia sólida directamente proporcionales a la variación de la temperatura.
,
=
La definición más difundida sobre el calor dice que: “Es la energía que se
manifiesta debido a los continuos movimientos de las moléculas, las cuales en el seno de la materia entrechocan constantemente”. Para nuestros fines
llamaremos calor a la energía que pasa de un cuerpo a otro en virtud únicamente de una diferencia de temperaturas entre ellos, por lo tanto el calor perdido de un cuerpo caliente es igual al calor recibido por el resto del sistema. Cuando a un cuerpo se le suministra cierta cantidad de calor su temperatura experimenta un aumento (variación) ∆T.
Capacidad calorífica(C): La relación de la cantidad de calor aplicada a un cuerpo a su correspondiente elevación de temperatura. También se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en un grado. =
Calor específico (Ce).- La cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia se conoce como calor específico. Si el calentamiento se produce manteniendo constante el volumen de la sustancia o su presión, se habla de calor específico a volumen constante o a presión constante. En todas las sustancias, el primero siempre es menor o igual que el segundo. El calor específico del agua a 15 °
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C es de 4.185,5 julios por kilogramo y grado Celsius. En el caso del agua y de otras sustancias prácticamente incompresibles, no es necesario distinguir entre los calores específicos a volumen constante y presión constante ya que son aproximadamente iguales. Generalmente, los dos calores específicos de una sustancia dependen de la temperatura. =
=
/
Determinación del equivalente en agua del calorímetro
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Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación se vierten m gramos de agua a la temperatura T. Se agita la mezcla y después de un poco de tiempo, se mide la temperatura de equilibrio Te. Como el calorímetro es un sistema adiabáticamente asilado tendremos que:(M+k)(Te-T0)+m (Te-T)=0
Determinación del calor específico del sólido
Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación, se deposita la pieza de sólido rápidamente en el calorímetro. Se agita, y después de un cierto tiempo se alcanza la temperatura de equilibrio Te. Se pesa con una balanza una pieza de material sólido de calor específico desconocido, resultando m su masa. Se pone la pieza en agua casi hirviendo a la temperatura T. Se apuntan los datos y se despeja c de la fórmula que hemos deducido en el primer apartado.
La experiencia real se debe hacer con mucho cuidado, para que la medida del calor específico sea suficientemente precisa. Tenemos que tener en cuenta el intercambio de calor entre el calorímetro y la atmósfera que viene expresado por la denominada ley del enfriamiento de Newton.
3 MATERIALES E INSTRUMENTOS pág. 5
1 Equipo de calentamiento
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1 Calorímetro de mezclas 1 Probeta graduada de 100 ml 1 Balanza 1 Muestra Metálica 1 Termómetro 2 Clamp o agarraderas 1 Varilla metálica 1 Vaso de precipitado de 500 ml Agua Potable
1 Soporte universal
4 PROCEDIMIENTO Determinación del Equivalente en Agua del Calorímetro 1. Dentro del calorímetro, vierta 120 ml de agua (m a) y mida la temperatura inicial del sistema T a. 2. En vaso de Pírex vierta 100 ml de agua (m b) y proceda a calentar hasta que hierva a una temperatura T b.
3. Vierta esta agua caliente dentro del calorímetro y espere 1 minuto para que llegue a equilibrase el sistema. 4. Con un termómetro mida la temperatura del sistema en equilibrio T e. 5. Determine las masas m a y mb del agua que se usan en este proceso y complete la tabla 1.
Tabla 01 ma c a T a mb T b T e
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120 ± 0.5 g 1 21 ± 0.5 g 100 ± 0.5 g 85 ± 0.5 °C 41 ± 0.5 °C
6. Usando la relación 4 determine el equivalente en agua del calorímetro y anote su valor
Determinación del Calor Específico del Agua 1. Dentro del calorímetro vierta 120 ml de agua (m a) y mida la temperatura inicial del sistema Ta. 2. Con la balanza de tres brazos determine la masa del cilindro de metal (Muestra 1) y anote este valor en la tabla 2. 3. En vaso de Pírex vierta 500 ml de agua. Suspenda el termómetro y el cilindro de metal como s muestra en la figura y proceda a calentar el sistema con el mechero bunsen hasta que el agua hierva a la temperatura
4. Introduzca rápidamente el cilindro caliente dentro del calorímetro y cierre herméticamente y espere 1 minuto para que legue a equilibrarse el sistema. 5. Con un termómetro mida la temperatura del sistema en equilibrio T e. 6. Determine la masa del agua m a y complete la tabla 2 y usando la relación 5 determine el calor específico de la Muestra 1.
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Tabla 02 Muestra Material: Aluminio
ma c a T a
m Alumnio T b T e
120 ± 0.5 g 1 22 ± 0.5 g 66.4 g 85 ± 0.5 °C
25.7 ± 0.5 °C
5 DATOS Y RESULTADOS Tabla 01 ma
120 ± 0.5 g
c a
1 21 ± 0.5 g 100 ± 0.5 g 85 ± 0.5 °C 41 ± 0.5 °C
T a mb T b T e
Tabla 02
ma c a T a
m Alumnio T b T e
Muestra Material: Aluminio 120 ± 0.5 g 1 22 ± 0.5 g 66.4 g 85 ± 0.5 °C 25.8 ± 0.5 °C
7 ANÁLISIS
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Se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del mismo sistema.
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 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 ∆T se consideran
positivas, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura disminuye, 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.
8 CUESTIONARIO 1. Defina el calor específico de un material. ¿Cuál es la diferencia con la capacidad calorífica? El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa de un material para elevar su temperatura en una unidad. Se distingue claramente de la capacidad calorífica ya que ésta es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura, es decir toda la masa del material, mientras que el calor específico mide para una unidad de masa. Por ejemplo: la capacidad calorífica para un vaso de agua y para una piscina es muy distinta mientras que el calor específico para ambos casos es igual.
2. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento
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I. II. III.
El recipiente aislante térmico conduce un poco el calor. Error al medir las temperaturas, al caer en errores de paralelaje Uso de una balanza de poca precisión, ya que se pudo utilizar una balanza digital
3. ¿Qué es un calorímetro? Un 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.
4. ¿Cuál es la diferencia si en vez de agua usamos aceite para determinar el calor específico del aluminio? El calor especifico del agua es 1 cal/g°C y vale una caloria por gramo por grado: CE(agua) = 1 cal/g°C En el sistema internacional su valor es CE(agua) = 4186 J/kg°C El calor especifico del aceite depende del tipo de aceite, pero su valor promedio es poco menos que la mitad del calor especifico del agua: CE(aceite) = 0.45 cal/g°C = 1900 J/kg°C
La diferencia radica en que al remplazar en la fórmula tendríamos que usar el calor específico del aceite que es CE(aceite) = 0.45 cal/g°C aproximadamente.
5. Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de cada uno de ellos
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Calorímetro de presión constante En un calorímetro de presión constante, la reacción se lleva a cabo en una solución en la cual la presión atmosférica es constante. El calorímetro mide el cambio en la entalpía, que es una medida del calor total contenido por un sistema. Los calorímetros de presión constante son sencillos de construir, y son los que se utilizan en el aula de física. Los estudiantes de física pueden visualizar la teoría detrás de un calorímetro usando una taza de telgopor y un termómetro, con accesorios tales como una varilla para agitar, una tapa o hielo. Los alumnos pueden usar este rudimentario calorímetro de presión constante para medir el calor, o energía, ganado o perdido dentro de la taza. De acuerdo con las leyes de la física, cuando el agua pierde o gana energía, su temperatura cambia. Puedes verificar el cambio de temperatura en el agua dentro de la taza mientras modificas las variables, por ejemplo añadiendo un cubo de hielo, agitando el agua o colocando una tapa.
Bomba o calorímetro de volumen constante La bomba, o calorímetro de volumen constante, se usa para medir cosas como una reacción de combustión. Esta información es útil para determinar la cantidad de calor (calorías) en alimentos y combustibles. Se crea una reacción en una cámara diseñada para soportar altas temperaturas y explosiones. La cámara está rodeada por una camisa de agua que se calienta con la energía proveniente de la reacción. Luego de finalizada la reacción, los científicos miden la temperatura del agua para determinar la cantidad de energía liberada.
Calorimetría de exploración diferencial La calorimetría de exploración diferencial es útil para medir cambios moleculares. Los científicos toman muestras controladas y calentadas de biomoléculas, polímeros u otras moléculas, y miden cómo el calor fluye hacia y desde la muestra. Esto puede ayudar a determinar la estabilidad de una molécula en su fórmula, y cómo los cambios en el ambiente afectan la estabilidad. Por ejemplo, un estudio de la revista científica "Journal of Agriculture and Food Chemistry", midió cómo añadir varios jarabes industriales de azúcar a la miel impactaba en el comportamiento de ésta a la hora de
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ser calentada. La calorimetría de exploración diferencial tiene aplicaciones en estudios alimenticios y farmacéuticos.
Otros calorímetros Las variaciones de estos tipos de calorímetros básicos existen, incluyendo el calorímetro tipo Calvet, el calorímetro adiabático y de reacción, entre otros. Los calorímetros tipo Calvet se basan en un sensor tridimensional de flujo para detectar la transmisión de calor. Los calorímetros adiabáticos miden las reacciones a calor constante, aquellas que producen en un proceso adiabático, un término de la termodinámica. Como los calorímetros bomba, los calorímetros de reacción trabajan creando una reacción en un recipiente cerrado y midiendo el efecto sobre el calor.
9 CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES
Se observa la variación de los cálculos al momento que varía la temperatura.
Podemos determinar el calor absorbido por medio de experimentos como este.
El calor específico se define según la formulada dada por la guía
Se recomienda a seguir los pasos al pie a la letra para evitar o al menos reducir el error porcentual que se crea en todos los experimentos.
No mover la muestra mientras esta dentro del recipiente con agua, ya que podría alterar los resultados finales.
Al momento de usar el mechero hacerlo con cuidado, y también debemos estar muy pendientes ya que la temperatura sube muy rápidamente.
Asegurarse de haber apagado la válvula de gas antes de retirarse del laboratorio.
10 BIBLIOGRAFÍA 1. Hidalgo M. Laboratorio de Física . Madrid: Pearson Educación. 2008. 2. Sears Zemansky. Física universitaria . Vol 1. 12ª ed. México: Pearson Educación. 2009. 3. http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico 4. http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/fisica-ii/practicas-1/Prac06.pdf 5. http://departamento.us.es/deupfis1/carlos/~docum/Calorimetro.pdf
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