Instituto de Matemtica y Fsica Escuela de Tecnologa Mdica

Laboratorio N4:Calor especfico de un slidoIntegrantes:Paula Salazar

Solange Besoain

Carla Alarcn

Enzo Ruz

Profesor:Gonzalo Cabezas

Carrera:Tecnologa Medica

Seccin:A

IntroduccinComo bien es sabido, La energa no se crea ni se destruye, solo se transforma es el primer principio de la termodinmica, esta ley expresa que cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinmico, el calor cedido por el sistema ser igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Es decirQ = W, en que Q es el calor suministrado por el sistema al medio ambiente y W el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.1El calor especfico es unapropiedad intensivade la materia, es decir no dependede la cantidad de sustancia o del tamao de un cuerpo, por lo que es representativo de cada materia en particular. Y la definicin de esta propiedad es: La cantidad de calor necesaria por unidad de masa, para elevar la temperatura en 1C

Dnde: Q = Calor aadido. C = Calor especfico. m = Masa. = Variacin en la temperatura.

Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calrica se necesita para incrementar en 1C la temperatura de la sustancia.El calor especfico del agua es 1 calora/gramo C lo que en equivalencia corresponde a 4,186 Joule/gramo C, que es ms alto que el de cualquier otra sustancia comn. Es por ello, que el agua desempea un papel muy importante en la regulacin de la temperatura corporal en los seres vivos. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrgeno. Su temperatura desciende ms lentamente que la de otros lquidos a medida que va liberando energa al enfriarse. Cuando se eleva la temperatura del agua, las molculas deben vibrar ms rpido, para as romper los puentes de hidrgeno entre las molculas de agua debe suministrarse gran cantidad de energa al sistema.2El calor especfico por gramo de agua es mucho ms alto que el de un metal, como describiremos a continuacin por medio del experimento de laboratorio. Donde a grandes rasgos lo que se har ser buscar experimentalmente el calor especfico del Cobre y del Zinc, sumergiendo barras de estos materiales a altas temperaturas en una cantidad moderada de agua fra, para as lograr un equilibrio trmico entre el agua y la respectiva barra del metal que se encuentre sumergida en ella.Hiptesis: Como se explic anteriormente, el calor especfico del agua es bastante alto en comparacin con los calores especficos de otros materiales, por lo tanto, se espera que al sumergir las barras de cobre y de estao a altas temperaturas en agua fra, el agua sea capaz de absorber este calor de manera eficiente, no elevando mayormente su temperatura, hasta que se llegue a un equilibrio entre la temperatura de las barras y la temperatura del agua.Materiales y ProcedimientosLos materiales utilizados para el desarrollo de este experimento fueron: Vaso de poliestireno. Agua fra. Agua hirviendo. Termmetro digital. Balanza tcnica. Barras de cobre y de zinc. Hilo Mechero.

Procedimiento:1. En primer lugar procedi a pesar el vaso de poliestireno vaco y luego se volvi a pesar con cierta cantidad de agua dentro de l.2. Se encendi un mechero y se llev un determinado volumen de agua ebullicin para poder elevar la temperatura de las barras de cobre y zinc.3. Se amarr un hilo a cada barra, la de cobre y la de estao y se dejaron en el agua hirviendo para que se elevara su temperatura.4. Se procedi a medir la temperatura del agua en el vaso de poliestireno con el termmetro digital, se registr y luego se sumergi la barra de cobre en el agua fra.5. Posteriormente se procedi a medir nuevamente la temperatura del agua en el vaso con la barra de cobre dentro, se registr.6. El procedimiento se volvi a repetir con la barra de zinc.7. Se realizaron los clculos correspondientes para poder averiguar experimentalmente el calor especfico del cobre y del zinc.

Marco tericoTermodinmica: Rama de la fsica que estudia los intercambios de energa trmica entre sistemas y los fenmenos mecnicos y qumicos relacionados a ella, estando principalmente enfocada en los fenmenos en los cuales existe transformacin de energa mecnica en trmica o viceversa.Calor: En termodinmica, el calor significa transferencia de energa entre cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. Este flujo de energa siempre ocurrir desde el cuerpo que est a menor temperatura, hacia el cuerpo que tiene menor temperatura, hasta que ambos se encuentren en equilibrio. Temperatura: Es una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistema termodinmico, la cual es medida comnmente en grados Celsius [C]. Es la medida del calor de un cuerpo. Calor especfico: Es la cantidad de calor necesaria por unidad de masa para elevar la temperatura en 1C. La relacin entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor especfico. Q = m*c*TQ= Calor adquirido. m= masa.C= calor especficoT= Variacin de temperatura. Pero en la prctica, para determinar el calor especfico de diferentes cuerpos, utilizaremos la siguiente expresin: mc x Cc x (Tf - Ti)= ma x Ca x (Tf - Ti), donde: Mc= masa del cuerpo que cede calor. Cc= Calor especfico del cuerpo que cede calor. (Tf Ti) = Temperatura final menos la temperatura inicial del cuerpo cede calor. Ma= masa del cuerpo que absorbe calor.Ca= Calor especfico del cuerpo que absorbe calor. (Tf Ti) = temperatura final menos la inicial del cuerpo que cede calor. El calor especfico se mide en calora/gramo C [cal/grC].

ResultadosPara poder realizar los clculos de los correspondientes experimentos se utiliz la siguiente formula y datos: Q cedido = Q absorbido(donde Q=calor) mc x Cc x T= ma x Cc x T mc x Cc x (Tf - Ti)= ma x Ca x (Tf - Ti) Calor especifico del agua = 1 cal/grCParte 1: Determinar calor especifico del cobre. Tabla n1: tabla de datos para experimento n1 del cobre

Vaso cobre

Masa vaso sin agua: 2 gr.Masa del cobre: 64,1 gr.

Masa vaso con agua: 60,5 gr.Ti : 100C

Masa (mvaso con agua mvaso sin agua) = 58,5 gr.Tf: 22 C

Ti : 14 CT: -78C

Tf: :22 C

T: 8 C

Imagen 1: Temperatura final para el experimento 1 del cobre

TEMPERATURA

TESTERCOBRE

En la imagen 1 se observa una barra de cobre calentado previamente en agua a 100C que est sumergido en agua fra alcanzando un equilibrio trmico a una temperatura final de 22C indicado en el Tester.

Calculo:

-cx = ma x ca (Tf - Ti ) Mc (Tf - Ti )-cx = 58,5 gr x 1 cal/grsC (22C 14C) 64,1 grs (22C 100C)-cx = 58,5 gr x 8C 64,1 grs x 78C cx = 0.093603744 cal/grsC

El calor especifico que presenta el cobre es de 0.093603744 Cal/grC

Parte 2: Determinar calor especifico del Zinc Tabla n2: tabla de datos para experimento n2 del Zinc

VasoZinc

Masa vaso sin agua: 2 gr.Masa del estao: 62,8 gr.

Masa vaso con agua: 58,8 gr.Ti : 100C

Masa (mvaso con agua mvaso sin agua) = 56,8 gr.Tf: 20 C

Ti : 12 CT: -80C

Tf: 20 C

T: 8 C

Imagen 2: Temperatura final para el experimento 2 del Zinc

TEMPERATURA

TESTER

ZINC

En la imagen 2 se observa una barra de Zinc calentado previamente en agua a 100C que est sumergido en agua fra alcanzando un equilibrio trmico a una temperatura final de 20C indicado en el Tester.

Calculo:

-cx = ma x ca (Tf - Ti ) Mc (Tf - Ti )-cx = 56,8 gr x 1 cal/grsC (20C 12C) 62,8 grs (20C 100C)-cx = 56,8 gr x 8C 62,8 grs x 80C cx = 0.090445859 cal/grsC

El calor especifico que presenta el estao es de 0,090445859 Cal/grC

Discusin

El experimento realizado se bas en la determinacin de los calores especficos para cobre y para zinc, obtenindose que el calor especifico experimental del cobre fue de 0,0936 Cal/grC y el calor especifico experimental para el zinc fue de 0,0904 Cal/grC. Ahora, segn la definicin de calor especfico: Es la cantidad decalornecesaria para elevar en un grado kelvin o Celsius la temperatura de un gramo de sustancia3, se logra la interpretacin conceptual de los resultados obtenidos, pues para el caso del cobre se requieren 0,0936 caloras para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua y para el caso del zinc se requieren 0,0904 caloras para elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua.

Considerado que cuanto mayor sea el calor especfico, mayor cantidad de calor podr absorber esa sustancia sin calentarse significativamente 4, es posible dar cuenta que el cobre al poseer un mayor calor especifico que el zinc tiene una mayor capacidad calorfica por lo que puede absorber mayor cantidad de calor proveniente del agua y resulta ser un material mucho ms efectivo para la conduccin de calor que el zinc.

El calor especfico es una propiedad intensiva que no depende de la materia, y es un valor fijo para cada sustancia. Para el cobre es de 0,092 Cal/grC y para el zinc es de 0,093 Cal/grC, dando cuenta que la diferencia entre el calor especfico del cobre y el valor obtenido experimentalmente es de 0,001 y que para el zinc la diferencia es de 0,003. Si bien resultan ser valores cercanos a los tericos, la diferencia se puede atribuir a la perdida de calor que experimento el agua en el transcurso de tiempo que se esperaba al calentar slido metlico (cobre y zinc), por lo que en ese tramo de tiempo fue posible que el agua cediera calor al ambiente, alterando de esta forma los resultados obtenidos experimentalmente y siendo un factor causante de la leve diferencia entre los valores experimentales y los tericos.

ConclusinDurante el experimento, al calentar ambos metales (el Cobre y el zinc, realizando el procedimiento primero con uno y despus con el otro) a 100C, y posteriormente colocarlos dentro de un vaso con agua fra (de temperatura conocida), el calor de los metales, en ambos casos, fue transmitido hacia el agua, la cual fue capaz de absorber el calor de los cuerpos de manera eficiente, elevando as su temperatura. Este suceso, es conocido como fenmeno de conduccin (transferencia de calor), que es el paso deenerga trmicadesde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.La temperatura del agua, a travs del intercambio de calor con los metales, solo elev su temperatura hasta alcanzar un estado de equilibrio trmico con el cuerpo slido, siguiendo, de este modo, los principios bsicos de la termodinmica.

Bibliografa1) Olmo, M. (2012) Calor Especfico Consulta del 15 de mayo del 2014 Extrado de: [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/spht.html]2) Contreras, Ricardo. (sept. 7 2013) Propiedades trmicas del agua Consulta del 9 demayodel2014. Extrado de: [http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000051/lecciones/cap01/06_07.htm]3) Santibaez, Maria; Calor especfico; Ecuador. Extrado de [http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/131-calor-especifico-y-capacidad-calorifica], Fecha de revisin: 15/05/2014, 21:284)Cedrn,J; Landa,V ; Robles, J; Calor Especfico y Capacidad Calorfica, Lima; Per. Extrado [http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/131-calor-especifico-y-capacidad-calorifica], Fecha de revisin: 15/05/2014, 22:175) Cabezas, Gonzalo. (2014). Prelaboratorio: Calor especfico de un slido. Universidad de Talca, Talca, Chile.