UNI VERSI DAD DELA COST A
DEPARTAM ME ENTODE DECI ENCI ASBÁSI CAS ÁREADELABORATORI O DEFÍ SI CA
FACULTAD DE I NGE GENI ERÍ A
EL CALOR ESPECÍFICO DEL CALORÍMETRO USANDO EL AGUA COMO SUSTANCIA DE REFERENCIA. 1
Paula Acosta Mercado1, Aa !ell" de la asuc#$ % Ser&#o ' %
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I&e#er)a A*!#etal, I&e#er)a de #dustr#al I&e#er)a de #dustr#al Laboratorio de Física calor y ondas ondas Grupo:____
Resu*e La experiencia consistió determinar el calor específico de un material solido usando el agua como sustancia de referencia cuyo valor de calor especifico es de 1,0 Cal /g °C. En el laoratorio se !allaron los datos concernientes a la fórmula para !allar el calor específico de dic!o sólido, en las cuales se tuvo "ue encontrar a las diferentes masas del agua #seg$n su estado%, las diferentes temperaturas del agua y la masa interior del vaso del colorímetro al igual "ue la masa del sólido expuesto. &erminado los c'lculos se oservó "ue los datos otenidos no eran los esperados ya "ue se tuvo un error de ()),* + comparado se oservó oservó "ue el valor experim experimenta entall de 0,- Cal Cal / g °C es menor menor al valor valor teórico teórico del !ierro !ierro "ue "ue es de 0,10* Cal / g °C, lo cual provoco "ue el error error + fuese muy elevado, elevado, de lo cual se concluyó concluyó "ue era deido a errores experimentales en el procedimiento, deido a eso no se cumplió con los oetivos.
Pala!ras cla+es eterminar, calorímetro, específico, calor, masas, temperatura, solido, error. A!stract &!e experience as to determine t!e specific !eat . 23 solid material 2sing 4ater 5s 6eference ustance 7EC898C Cuyo !eat value is 1.0 cal / g ° C . 8n t!e laoratory data concerning t!e formula ere found para etermine t!e pecific :eat of olid 2C: , in 4!ic! it !ad to find a ifferent ater masses #5 status % ifferent ater temperatures and t!e inner mass of t!e glass colorimeter to 8gual ;ue Exposed olid mass . :e finis!ed t!e calculations as oserved t!at t!e data otained 4E6E no longer expected 23 &!at mistaEC52E t:5& no one as fulfilled it! t!e ?illennium .
e"-ords etermine calorimeter , specific !eat, mass , temperatura, solid, error.
1. Itro troducc ucc#$
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transitividad de e"uilirios t@rmicosA este siendo su enunciadoB si un cuerpo 5 est' en e"uilirio t@rmico con uno > y este > lo est' con otro C entonces 5 y C est'n en e"uilirio t@rmicoD. e una manera m's clara se puede determinar "ue si dos cuerpos se ponen en contacto con diferente temperatura pasado un tiempo pueden llegar a la misma temperatura, esto tami@n conocido como e"uilirio t@rmico, pudi@ndose comproar por medio de un calorímetro, "ue sirve en pocas palaras para determinar el calor específico de un cuerpo.
tendr'n amos la misma temperatura. i luego un tercer cuerpo, "ue llamaremos C se pone en contacto con 5 y >, tami@n alcanar' la misma temperatura y, por lo tanto, 5, > y C tendr'n la misma temperatura mientras est@n en contacto. 4%/ Pr#*era le" de la ter*od#3*#ca2 •
Esta se refiere al concepto de energía interna, traao y calor. 3os dice "ue si sore un sistema cerrado adia'tico con una determinada energía interna, se realiaun traao mediante un proceso, laenergía interna del siste ma variar'. 5 ladiferencia de la energía interna del sistema a la cantidad de traao le denominamos calor. El calor es la energía transferida al sistema por medios no mec'nicos. 7ensemos "ue nuestro sistema es un recipiente met'lico con aguaA podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuc!ara o por calentamiento directo en un mec!eroA en el primer caso, estamos !aciendo un traaosore el sistema y en el segundo letransm itimos calor. Cae aclarar "ue laenergía interna de un sistema, el traaoy el calor no son m's "u e diferentesmanifestaciones de energía. Es por eso "ue la energía no se crea ni se destruye, sino "ue, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones. La unidad de calor específico en ?H escala/ #g FC% sin emargo, deemos de ir acostumr'n donos a usar el istema8nternacional, y expresar el calor específico en G/#
%. Fuda*etos Te$r#cos %.1 La te*eratura. La temperatura es la sensación física "ue nos produce un cuerpo cuando entramos en contacto con @l. 5nte esta interviene el calor conceptualiado cómo la transferencia de energía. Construyendo el concepto de calor específico o capacidad calorífica específica, con respecto a lo anterior, este se define como la cantidad de calor "ue !ay "ueproporcio nar a un gramo de sustanciapara "ue eleve su te mperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua cvale 1cal/ #g FC% ó (1) G#
56*7c7 8T9T#: onde #*: es la masa, c es el calor específico, #T#: es la temperatura inicial y 8T: la temperatura final.
%.% Los *0todos calor#*0tr#cos se uda e2 Pr#c##o de coser+ac#$ de la eer&)a2
i &iM&f el cuerpo cede calor ;N0
Cuando dos cuerpos se ponen en contacto en un sistema aislado del exterior #proceso adia'tico%, la cantidad de calor "ue pierde uno es igual a la cantidad de calor "ue gana el otroD. La Le" cero de la ter*od#3*#ca :
i &iN&f el cuerpo recie calor ;M0upongamos "ue el calorímetro est' a la temperatura inicial &0, y sea
La cual nos dice "ue si tenemos dos cuerpos llamados 5 y >, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanar'n la misma temperatura, es decir,
*t la masa de la parte sumergida del termómetro y ct su calor específico.
•
mv es la masa del vaso del calorímetro ycv su calor específico.
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* la masa de la parte sumergida del agitador y ca su calor específico. ? la masa de agua "ue contiene el vaso, su calor específico es la unidad. 7or otra parteB ean m y c las masa y el calor específico del cuerpo prolema a la temperatura inicial & . En el e"uilirio a la temperatura &e se tendr' la siguiente relación. 8M;*+7c+;*t7ct;*a7ca: 8Te9T<:;*7c8Te9T:6< La capacidad calorífica del calorímetro es =6 *+7c+;*t7ct;*a7ca e le denomina e"uivalente en agua del calorímetro, y se expresa en gramos de agua. 7or tanto, representa la cantidad de agua "ue tiene la misma capacidad calorífica "ue el vaso del calorímetro, parte sumergida del agitador y del termómetro y es una constante para cada calorímetro. El calor específico desconocido del ser' por tanto
F#&ura %.toma de temperatura del agua y la masa.
En esta fórmula tenemos unacantidad desconoci da <, "ue deemos determinar experimentalmente. 4'/
'. Desarrollo e>er#*etal 7ara realiar el experimento de calor específico de sólido se empleó como material una arra de !ierro #tuerca%, esta se le tomó su masa a trav@s de la alana, se realia el mismo procedimiento con el vaso del calorímetro. # F#&ura 1.: Luego se toma la arra de !ierro #tuerca% y se introduce en el vaso del calorímetro y se tapa. espu@s de un determinado tiempo se le mide la temperatura. 8F#&ura %.: 7or otra parte se toma un vaso de precipitación, al cual se le agrega agua y se expone al fuego !asta llegar de *0oC, 8F#&ura '.: ya otenida dic!a temperatura se agrega el agua caliente en el recipiente "ue conteniente al agua fría y la tuerca. 7osteriormente se mide la temperatura final de dic!a mecla y se realian los c'lculos. F#&ura 1.E"uipo el Calorímetro y termómetro para analiar temperatura de la materia.
F#&ura '. >ea
Masa del calorí metro
Masa del agua fría
Masa del agua calient e
Tempe ratura inicial del agua calient e
Tempe ratura final de la mezcl a
m2(g)
Tempera tura inicial del caloríme tro bloque y agua fría Ti(°C)
mb(g)
mc(g)
m1(g)
Ti´(°C)
Tf(°C)
1!"
#$!%
&$!'
1##
2"
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Ta!la 1. 6esultados otenidos de masa y temperatura
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Ta!la %. Cantidades a medir.
Masa del material descono cido
(. C3lculos " a3l#s#s de resultados m 7ara estalecer el "1!'g calor específico 1g 1!"g de un sólido a %!g trav@s del 2&!#g calorímetro esta dado en la siguiente ecuaciónB b
Masa del calorí metro
Masa del agua fría
Masa del agua calient e
mc #!"g ##g #$!%g #"!%g #&!'g
m1 "!%g &$g &$!'g #'!"g #'!2g
m2 2%'!g 1#2!&g 1##!"g 1#g 1#!2g
Tempera tura inicial del caloríme tro bloque y agua fría Ti 22 oc 2 $c 2" $c 21 $c 2 $c
Tempera tura inicial del agua caliente
Tempe ratura final de la mezcl a
Ti´ %$$c %$$c %$$c %$$c %$$c
Tf #&$c &#$c &'$c &2$c &#$c
CsólidoQ
¿ mc ( Tf −Ti ) Ccalorimetro +Cagua [ m 1 ( Tf e los cuales dic!os valores fueron calculados en el laoratorio # Ta!la 1.: los datos traaados fueron los del Gruo ? ' teniendo en cuanta eso, se prosigue a reemplaar los valores en la fórmulaB C agua=¿ 1,0 Cal goC
C aluminio=¿ 0,OO Cal goC C (solido%Q
40,7 ( 35 ) 0,22 + 1,0 [ 50,8 (35 )+ 144,3 (−12 ) ] /
¿ 16,3 (−35 ) La ecuación no arroa un resultado de
transferencias eg$n el an'lisis realiado de las de energía en forma de calor, y comparando el dato otenido de 0,- cal /g °C con los datos
C (solido%Q Q
−0,63
Cal/g °C
&eniendo en cuanta la tala de valores específicos
de los dem's 8Ta!la %.: se concluye "ue el material con el cual est' !ec!o el vaso interior del calorímetro es de aluminio el cual tiene un valor de 0,OO cal /g °C y el material #tuerca% "ue se traao fue de el !ierro y seg$n la tala tiene un 0,10* cal /g °C
C3lculo del error orcetual2 El error porcentual para la calorimetría est' dado porB Cc+
¿|Vteo −Vexp|× 100
Vteo
Csolido+
¿|0,107 − 0,63|× 100
0,107
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7or lo "ue
Editorial Luis Tives .5.>arcelona # EspaRa%A 1U--
Csolido= 488,7
J-S 4ales,G. Taso ear. calorimetria. JS. isponileB!ttpB//es.i
Por lo @ue ode*os dec#r @ue2 Este error tan elevado es a causa de errores experimentales en el laoratorio como el no cumplir con una temperatura adecuada en el laoratorio esto deido a "ue el aula tiene aire, otra es al meclar el agua caliente con la fría, el acto de arir la tapa del calorímetro y no cerrarla al instante genera tami@n alteraciones en la temperatura. 7or otro lado comparando los datos se percató "ue la temperatura final de e"uilirio no "uedo muy cercana a la temperatura inicial del agua caliente, de esto se concluye "ue deido a "ue la temperatura final no es fia sino "ue fluct$a alrededor de la temperatura de e"uilirio, las fluctuaciones, como podemos verificar, disminuyen al incrementarse el tamaRo del sistema en este caso los vol$menes de los cuerpos fueron distintos, la sustancia de mayor temperatura tuvo el triple "ue la del agua menor. eg$n la guía una de las pregunta era por"u@ se tenía en cuenta siempre el vaso interior del calorímetro y no el vaso exterior, de esto se puede decir "ue el vaso interior es el "ue est' aislado este aislamiento se me permite el vaso exterior el cual est' diseRado con materiales aislantes #corc!o, tergo 7ol etc.% para "ue el vaso en su interior mantenga una temperatura e"uilirada.
. Coclus#oes espu@s de realiar la experiencia y !aer calculados los respectivos c'lculos se concluye "ue el material traao evidentemente es el !ierro, el cual seg$n nuestros c'lculos tiene un calor especifico experimental de 0,- Cal/g °C del cual se arroó un error experimental muy elevado esto deido a errores cometidos en el laoratorio.
B#!l#o&ra)a 41/ G#l, S. " Rodr)&ue, E. Física re-Creativa, 7rentice :all, >uenos 5ires, O001. JOS 6ealiada por Luis 5 6odrígue9ísica. Elementos de 9ísica. exta edición. Edelvives.
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