LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR

INTRODUCCIÓN

El grupo tiene a bien presentar un informe acerca del tema titulado “Calor específico de

sólidos” trabajado en el laboratorio de ondas y calor, del Instituto Tecnológico TECSUP,

con ayuda del profesor Marcos Gutiérrez. En el mencionado informe, desarrollaremos

todo lo referente el calor específico de una sustancia; comprendido como la cantidad de

calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de dicha

sustancia.

Este laboratorio tiene como objetivos principales medir el calor específico de un metal

sólido y comprender el principio de la conservación de la energía, la cual indica que la

energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Asimismo, daremos a conocer los diversos equipos y materiales (cobre, calorímetro,

probetas, termómetro, balanza, etc.), utilizados para llevar acabo el experimento. Del

mismo modo, explicaremos el procedimiento que se ha seguido y los resultados obtenidos

al final de la experiencia.

El presente trabajo se ha elaborado con mucho esfuerzo y voluntad, consultando

diferentes fuentes bibliográficas para profundizar más del tema, además de la aplicación

de los conocimientos adquiridos durante las horas de clase.

Por tal motivo, dejamos a su criterio profesional su respectiva evaluación y a

continuación le presentamos el informe.

LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR

1. OBJETIVOS

Medir el calor específico de un sólido metálico.

Comprender el principio de conservación de energía.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

2.1 Calor específico 

El calor específico de un cuerpo se define como el calor necesario para elevar en 1 ºC la

temperatura de la unidad de masa del mismo. Así, el calor específico del agua líquida es 1

Kcal/ºC.Kg, y esto significa que 1 Kg de agua debe recibir 1 Kcal para elevar su

temperatura en 1 ºC. En realidad, el calor específico es una función de la temperatura (no

es lo mismo variar la temperatura en 1 ºC cuando el cuerpo está muy caliente que cuando

está frío), pero en esta práctica las variaciones de temperatura experimentales serán lo

suficientemente pequeñas como para justificar que tratemos los calores específicos como

constantes.

Cuando un cuerpo de masa m inicialmente a una temperatura tB absorbe energía en

forma de calor, su temperatura se incrementa hasta el valor tA. De acuerdo con la

definición de calor específico, el calor absorbido Q está relacionado con el incremento de

temperatura del modo siguiente:

Q = m c (tA- tB )

Donde c es el calor específico. Si el cuerpo disminuyese su temperatura en lugar de

aumentarla (tA<tB), el calor tendría signo negativo, y el cuerpo cedería energía en lugar

de absorberla.

El valor de la capacidad calorífica por unidad de masa se conoce como calor específico.

En términos matemáticos, esta relación se expresa como:

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c=C } over {∆T¿ c= Qm∆T

Donde c es el calor específico del cuerpo, m su masa, C” la capacidad calorífica, Q el

calor aportado y ∆T el incremento de temperatura.

El calor específico es característico para cada sustancia y, en el Sistema Internacional, se

mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kg·K)).

2.2 Capacidad calorífica:

Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la temperatura de un cuerpo

aumenta cuando se le aporta energía en forma de calor. El cociente entre la energía

calorífica Q de un cuerpo y el incremento de temperatura T obtenido recibe el nombre

de capacidad calorífica del cuerpo, que se expresa como:

C=Qm

Donde c es el calor específico del cuerpo, m su masa y Q el calor aportado.

La capacidad calorífica es un valor característico de los cuerpos, y está relacionado con

otra magnitud fundamental de la calorimetría, el calor específico.

Para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 ºC es necesario aportar una cantidad de

calor igual a una caloría. Por tanto, la capacidad calorífica de 1 g de agua es igual a 1

cal/K.

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2.3 Tabla de valores de algunas sustancias:

2.4 Medida del calor específico:

La determinación del calor específico de los cuerpos constituye uno de los fines

primordiales de la calorimetría.

El procedimiento más habitual para medir calores específicos consiste en sumergir una

cantidad del cuerpo sometido a medición en un baño de agua de temperatura conocida.

Suponiendo que el sistema está aislado, cuando se alcance el equilibrio térmico se

cumplirá que el calor cedido por el cuerpo será igual al absorbido por el agua, o a la

inversa.

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Método de medida de calores específicos. Al sumergir un cuerpo en agua de temperatura

conocida, cuando se alcanza el equilibrio térmico, el calor cedido por el cuerpo es igual al

absorbido por el agua.

Como la energía calorífica cedida ha de ser igual a la absorbida, se cumple que:

Qcedido=Q absorbido ma ca(T−T a)=ms cs(T s−T )

Despejando: C s=ma ca(T−T a)ms(T s−T )

Donde:

ma= masa de agua.

ca= calor específico de agua.

T a= variación de la temperatura del sólido.

T s= variación de la temperatura del sólido.

ms=masadel sólido .

cs=calor específicodel sólido.

3. EQUIPOS Y MATERIALES:

Los materiales usados en este laboratorio son:

- una balanza. - un vaso precipitado de 600ml.

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- Probetas de 500 ml y 100 ml. - Termómetro

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- Calorímetro - muestras de cobre.

- Muestra de pabilo - Jarra

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- Mechero bunsen, trípode y rejilla.

4. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES:

Primero, medimos la temperatura inicial del agua a temperatura ambiente.

Una vez medido la temperatura del agua, ponemos a hervir en un vaso

precipitación 500 ml de agua.

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Vierta dentro del calorímetro una masa de 100 g de agua (ma) y midamos su

temperatura ( T a). Anotamos los valores en la tabla N° 01.

Medimos la masa del primer solido al calentar ms , anotamos los valores en la

tabla 01.

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Sujete la muestra del solido con hilo de pabilo e introdúzcalo dentro del

recipiente con agua hirviendo. Espere un momento hasta que el sólido alcance el

equilibrio térmico, luego medimos la temperatura del sistema, que será

alcanzada por el sólido (T s ). Anotaos los valores en la tabla N° 01.

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Retiramos el sólido del agua en ebullición y lo introducimos en el calorímetro,

tapamos el calorímetro y colocamos el termómetro en su posición

correspondiente y medimos la temperatura de equilibro (T). Anotamos los

valores en la tabla 01.

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Repetimos dos veces los pasos anteriores con las otras muestras del sólido, pero

con mayor masa. Por cada aumento de masas del solido agregamos 100 ml de

agua en el calorímetro, es decir para la segunda seria 200 ml y la tercera seria

300 ml.

Tabla 01. Datos experimentales correspondientes a la muestra correspondiente (cobre).

N ma(g) T a°C ms(g) T s ( °C ) T (°C )

1 100 24 43.3 97 27

2 200 24 86.6 95 27

3 300 24 130.1 94 27

5. PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS

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5.1 Use la ecuación 3 para calcular el calor específico del solido en estudio. Con los

datos de la TABLA 02, halle las variaciones de temperatura del agua ∆Ta=T-Ta y

del solido ∆Ta=T-Ta. Los resultados colóquelo en la TABLA Nº 02.

TABLA 02. Valores del valor específico.

N Muestra:

∆Ta(°C) ∆Ta(°C) C(cal/g°C) C(J/Kg°C)

1 3 70 0.09897723524 414.3187067

2 3 68 0.1018883304 426.5045511

3 3 67 0.1034090517 432.8702904

Promedio 0.1014248725 424.5645161

5.2 ¿Cómo se sabe si un cuerpo ha recibido o cedido calor?

Para ver si un cuerpo a cedido o recibido calor tenemos que medir su temperatura

inicial y su temperatura final; y si la diferencia entre las dos temperaturas es

negativa, entonces a perdido o cedido calor. Pero si la variación de temperatura es

positiva, el cuerpo a ganado calor.

5.3 Con los datos de la TABLA 02, calcule los valores del calor ganado por el agua Qa el calor perdido por lo solido Qs y la discrepancia ∆Q=|Q1_Q2|. Los resultados anótelos en la TABLA 03.

TABLA 03. Sistema calorímetro-agua muestra.

N Qa(J) Qs(J) ∆Q=|Qa-Qs|

Experimental Ideal

1 1255.8 1255.8 0 0

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2 2511.6 2511.500001 0.099999 0

3 3767.4 3700.801517 66.598483 0

5.4 ¿cuál es el valor esperado de la discrepancia entre el valor ganado por el cedido por el sólido?

Para este laboratorio el valor esperado dela diferencia del calor ganado por el agua y el

calor perdido por el sólido, es cero.

6. RECOMENDACIONES:

El calorímetro debe estar totalmente seco antes de verter el agua dentro de este.

No cambie la ubicación del termómetro directamente del recipiente con agua en

ebullición al calorímetro. Como aso intermedio coloque el termómetro en

contacto con agua temperatura ambiente y luego sáquelo con una franela o papel

absorbente.

Al realizar las medidas correspondientes de masa de las muestras sólidas, medir la

masa de las muestras juntas para evitar propagar los errores debido a mediciones

indirectas.

Cuando operes para calcular el calor específico, tacha las unidades siempre que sea posible.

7. OBSERVACIONES:

Puedes encontrar el calor específico de muchas sustancias en internet para

comprobar los resultados obtenidos en el laboratorio.

El metal se calienta más rápido que el agua debido a su bajo calor específico.

Los cambios de temperatura son mayores en los materiales con calor específico

bajo, siempre que los otros factores sean los mismos.

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8. CONCLUSIONES:

No se comprobó el principio de la conservación de la energía, debido a muchos

factores que en el laboratorio no se puede cumplir.

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.

9. BIBLIOGRAFÍA:

http://www.monografias.com/trabajos35/calor-especifico/calor-especifico.shtml

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

http://www.hiru.com/fisica/calorimetria-capacidad-calorifica-y-calor-especifico

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calor_y_calorimetr%C3%ADa

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

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http://www.fceia.unr.edu.ar/fisica2ecen/pdffiles/calorim.pdf