INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS

7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS

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INTRODUCCIN

El presente informe de laboratorio de fsica, que tiene por ttulo CALOR

ESPECIFICO la cual pertenece a la seccin que se encuentra bajo la

direccin del ing. Jos Pachas, profesor del curso de fsica II de la facultad de

ingeniera Mecnica

Con este experimento se pretende que el estudiante de ingeniera observe el

CALOR ESPECIFICO y a partir de ello identifique las principales magnitudes

que intervienen, y visualice los valores que stas toman en distintos casos, as

como las variaciones que experimentan en diversos instantes y posiciones.

Tambin es una nueva oportunidad que tenemos los alumnos pertenecientesal grupo, para poder dar un aporte que sea til a nuestros compaeros, con

los cuales intercambiaremos informacin sobre el tema desarrollado,

resultados, y as sacar conclusiones, con las cuales sacar recomendaciones

para mejorar el experimento realizado.

Queremos agradecer a la facultad de ciencia por el prstamo de su laboratorio,

adems al ing. Jos Pachas por el tiempo brindado hacia nosotros y por su

conocimiento que nos transmite en cada experimento

Por ltimo esperamos que este trabajo sea de su agrado.


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OBJETIVOS

Determinar la capacidad calorfica de un calormetro. Determinar el calor especfico de diferentes muestras solidas mediante

el uso de un modelo dinmico sencillo.

Estudiar el efecto de la transferencia de calor entre el calormetro y lamuestra a analizar.

Verificar experimentalmente las distintas ecuaciones de cantidad decalor (Q).

Aplicar laLey de Equilibrio Trmico asistemas termodinmicos. Aplicar la conservacin de la energa en sistemas con transferencia de

calor.

Reconocer el calor como una forma de energa. Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor especfico,

capacidad calorfica.
http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml


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FUNDAMENTO TERICO

CALOR ESPECFICO

El calor especficoes unamagnitud fsica que se define como la cantidad de

calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o

sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o

grado Celsius). En general, el valor del calor especfico depende de dicha

temperatura inicial. Se la representa con la letra (minscula).

En forma anloga, se define lacapacidad calorfica como la cantidad decalor

que hay que suministrar a toda la extensin de una sustancia para elevar su

temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la

letra (mayscula).

Por lo tanto, el calor especfico es la capacidad calorfica especfica, esto es

.

El calor especfico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es

representativo de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorfica es

unapropiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular.

Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se

necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces

ms energa para incrementar la temperatura de un lingote demagnesio que

para un lingote deplomo de la misma masa.

El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsico Joseph

Black,quien realiz variadas medidascalorimtricasy us la frase capacidad

para el calor. En esa poca lamecnicay latermodinmica se considerabanciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer

inapropiado; tal vez un mejor nombre podra ser transferencia de energa

calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser

reemplazado.

El calor especfico medio ( ) correspondiente a un cierto intervalo de

temperaturas se define en la forma:
http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_intensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_extensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_extensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_intensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica


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Donde es la transferencia de energa en forma calorfica entre el sistema y

su entorno u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una ncuando se

trata del calor especfico molar) y es el incremento de temperatura que

experimenta el sistema. El calor especfico ( ) correspondiente a una

temperatura dada se define como:

El calor especfico ( ) es una funcin de la temperatura del sistema; esto es,

. Esta funcin es creciente para la mayora de las sustancias (excepto paralos gases monoatmicosy diatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que

hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y slo estn accesibles a

medida que aumenta la temperatura. Conocida la funcin , la cantidad de

calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la

temperatura inicial Tia la final Tfse calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorfica sea aproximadamente constante

la frmula anterior puede escribirse simplemente como:

Cantidad de sustancia

Cuando se mide el calor especfico en ciencia e ingeniera, la cantidad de

sustancia es a menudo demasa,ya sea engramos o enkilogramos,ambos delSI. Especialmente en qumica, sin embargo, conviene que la unidad de la

cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor especfico, el cual es un

cierto nmero de molculas o tomos de la sustancia. Cuando la unidad de la

cantidad de sustancia es el mol, el trmino calor especfico molarse puede

usar para referirse de manera explcita a la medida; o bien usar el trmino

calor especfico msico, para indicar que se usa una unidad de masa.
http://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Medidashttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Medidashttp://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol


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Conceptos relacionados

Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor

especfico y stas se denotan con sufijos en la letra c. El calor especfico de los

gases normalmente se mide bajo condiciones de presin constante (Smbolo:cp). Las mediciones a presin constante producen valores mayores que

aquellas que se realizan a volumen constante (cv), debido a que en el primer

caso se realiza un trabajo de expansin.

El cociente entre los calores especficos a presin constante y a volumen

constante para una misma sustancia o sistema termodinmico se denomina

coeficiente adiabtico y se designa mediante la letra griega (gamma). Este

parmetro aparece en frmulas fsicas, como por ejemplo la de lavelocidad delsonido en un gas ideal.

El calor especfico de las sustancias distintas de los gases monoatmicos no

est dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la

temperatura. Por lo tanto, debe especificarse con precisin la temperatura a la

cual se hace la medicin. As, por ejemplo, el calor especfico del agua exhibe

un valor mnimo de 0,99795 cal/(gK) para la temperatura de 34,5 C, en tanto

que vale 1,00738 cal/(gK) a 0 C. Por consiguiente, el calor especfico del agua

vara menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(gK) a 15 C, por lo que a

menudo se le considera como constante.

La presin a la que se mide el calor especfico es especialmente importante

para gases y lquidos.

UNIDADES

Unidades de calor

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La

calora (cal) tambin se usa frecuentemente en las aplicaciones cientficas y

tecnolgicas. La calora se define como la cantidad de calor necesario para

aumentar en 1 C la temperatura de un gramo de agua destilada, en el

intervalo de 14,5 C a 15,5 C. Es decir, tiene una definicin basada en el

calor especfico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Coeficiente_adiab%C3%A1tico&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Joule_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Joule_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Coeficiente_adiab%C3%A1tico&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n


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Unidades de calor especfico

En el Sistema Internacional de Unidades, el calor especfico se expresa en

julios por kilogramo y por kelvin (Jkg-1K-1); otra unidad, no perteneciente al

SI, es la calora por gramo y por kelvin (calg-1K-1). As, el calor especfico delagua es aproximadamente 1 cal/(gK) en un amplio intervalo de temperaturas,

a la presin atmosfrica; exactamente 1 calg -1K-1en el intervalo de 14,5 C a

15,5 C (por la definicin de la unidadcalora).

En los Estados Unidos,y en otros pocos pases donde se sigue utilizando el

Sistema Anglosajn de Unidades, el calor especfico se suele medir en BTU

(unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de

temperatura).

La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un

grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones

atmosfricas normales.

FACTORES QUE AFECTAN EL CALOR ESPECFICO

Las molculas tienen una estructura interna porque estn compuestas de

tomos que tienen diferentes formas de moverse en las molculas. La energacintica almacenada en estos grados de libertad internosno contribuye a la

temperatura de la sustancia sino a su calor especfico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Anglosaj%C3%B3n_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/British_thermal_unithttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_(unidad_de_masa)http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_(unidad_de_masa)http://es.wikipedia.org/wiki/British_thermal_unithttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Anglosaj%C3%B3n_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADa


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REPRESENTACIN ESQUEMTICA

Se usaron los siguientes materiales:

Un calormetro de mezclas.

Un termmetro.

Una olla para calentar agua.

Un soporte universal.

Un matraz de 200 250 ml.


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Una balanza.

3 piezas de material slido.

Un mechero Bunsen.

Una fuente de gas.

Un fsforo o un encendedor.


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DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DEL

CALORMETRO

Se coloca dentro del calormetro una cantidad de masa de agua a unatemperatura menor que la del medio ambiente.

Se deja que se establezca el equilibrio y medimos la temperatura deequilibrio

La temperatura de equilibrio fue

Ta= 23C

Medir un cierto volumen de agua y calentarlo en la olla hasta unatemperatura .

La temperatura de equilibrio Tb= 80C


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Se coloca una cantidad mbde esta agua en el calormetro.

Se deja que se establezca el equilibrio y medimos la nueva

temperatura de equilibrio

La temperatura de equilibrio fue:

T = 51,5C

CALOR ESPECFICO DE LOS SLIDOS

Se coloca una cantidad de masa de agua en el calormetro y se deja quese establezca el equilibrio.

Se mide la temperatura de equilibrio


Ta= 23C


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Comenzamos usando la masa 1, cuyo masa fue de:m1= 76,9g

Sumergindolo en agua caliente, caliente un cuerpo slido hasta unatemperatura Tb

sumergiendo el slido


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Se eleva la temperatura del slido hasta una temperatura TbLa temperatura fue de:

Tb= 80C

Luego se sumerge el cuerpo a temperatura Tbdentro del agua que estcontenida en el calormetro a temperatura .

Se mide la temperatura de equilibrio


T = 29C

Se repite estos pasos con los dos siguientes metales.1. Para la masa 2, cuya masa fue de:

m2= 111g


T = 27C

2. Para la masa 3, cuya masa fue de:m3= 87,9g


T = 28C


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CLCULOS Y RESULTADOS

DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DEL

CALORMETRO

PROBLEMA N1:

Con los datos experimentales determinaremos la capacidad calorfica del

calormetro.

SOLUCIN:

Teniendo en cuenta el fundamento terico

Calor ganado por un cuerpo = calor perdido por el otro

Por definicin:

Dnde:

: Calor ganado por el agua a 23.

: Calor ganado por el calormetro.

: Calor perdido por el agua a 80.

C : Capacidad calorfica.

Para el agua se sabe que:


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Ecuaciones:

()( ) ()( ) ()( )

()( ) ()( ) ()( )

CALOR ESPECFICO DE LOS SLIDOS

PROBLEMA N2:

A. Determinar el calor especfico de la masa 1.

Dnde:



: Calor perdido por la masa 1 a 80.


En el problema N1 se calcul la capacidad calorfica del calormetro


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Ecuaciones:

()( ) ( ) () ( )

Pero:

; ;

()( ) ( ) ()( )

PROBLEMA N3:

B. Determinar el calor especfico de la masa 2.

Dnde:





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Ecuaciones:

()( ) ( ) () ( )

Pero:

; ;

()() ( ) ()( )

PROBLEMA N4:C. Determinar el calor especfico de la masa 3.

Dnde:



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Ecuaciones:

()( ) ( ) () ( )

Pero:

; ;

()() ( ) ()( )


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OBSERVACIONES

Es importante distinguir entre capacidad calorfica y calor especfico, elprimer trmino alude al objeto y el segundo al material del cual est

hecho.

La tapa del calormetro no es muy hermtica, por lo que el medioinfluye en cierto modo en la temperatura de equilibrio.

La probeta tiene un margen de error en la medicin, as que la cantidadde agua en equilibrio no es exacta.

Las piezas metlicas calentadas no llegaban a variar considerablementela temperatura del agua.

Se observa que cada vez que transvasamos el agua, se pierdeaproximadamente 1g de agua.

No llegamos a utilizar el dato de la temperatura del medio ambiente, amenos que sea para cerciorase que la temperatura agua es menor a la

temperatura del medio ambiente.

Estamos incurriendo a un error en los clculos, pues no consideramosla prdida de la temperatura del metal en el momento que se retira del

sistema que le entrega calor para despus sumergirlo en el sistema de

prueba.

Se observ que luego de calentar el agua y apagar el mechero, lamedida que se observaba en el termmetro disminua rpidamente en

aproximadamente 5 a 10 C, luego segua disminuyendo pero ms

despacio (de manera casi imperceptible).

En nuestros clculos no hemos incluido el calor que absorbe el metaldel termmetro.


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RECOMENDACIONES

Se recomienda el uso de guantes aislantes del calor, para prevenircualquier accidente de quemadura, ya que se trabaja a temperaturas

mayores a 50C.

Se recomienda que la experiencia se realice con mucho cuidado yrapidez para que al momento de vaciar el agua al termo no se disipe

mucho calor al medio exterior.

Se recomienda hacer el experimento tres veces para as trabajar conmayor precisin y que el resultado se aproxime ms al real.

Para la primera parte de la experiencia, se recomienda humectar laollita antes de vaciar el contenido de la probeta a fin de compensar lasprdidas de masa de agua.

Se recomienda calentar el agua de manera moderada y de preferenciamenos de 100C.


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CONCLUSIONES

En el clculo del calor especifico de las muestras slidas (fierro,aluminio, plomo) se encontr que nuestros valores hallados distan

considerablemente de los valoras promedio encontrados en los textos de

fsica. Pese a esto se guarda una correcta proporcin en los resultados.

El calor es energa que es transferida de un sistema a otro, debido a quese encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razn, al

poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor

temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio

trmico.

Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenarenerga interna al igual que para absorber energa y una buena parte

de la energa hace aumentar la intensidad de las vibracin de las redes

atmicas y este tipo demovimiento es el responsable del aumento en la

temperatura.

Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y T se consideranpositivas, lo que corresponde a que la energa trmica fluye hacia el

sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y T son negativas y la

energa trmica fluye hacia fuera del sistema.

El equilibrio trmico se establece entre sustancias en contacto trmicopor la transferencia de energa, en este caso calor; para calcular la

temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservacin de

energa ya que al no efectuarse trabajo mecnico la energa trmica

total del sistema se mantiene.

Se concluye que los tres tipos de materiales tienen diferentes valores, deacuerdo a sus propiedades fsicas.
http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml


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BIBLIOGRAFA

FSICA UNIVERSITARIA VOLUMEN I, Sears, Zemansky, Young,Fredman, Pearson.

FSICA VOLUMEN I, Tipler, Mosca, Revert. FSICA GENERAL, Burbano. FSICA II, Leyva Naveros, Moshera. Resnik Halliday Krane (2002). Fsica Volumen 1. Serway Jewet (2003). Fsica 1. Thomson. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/tb01_calor.php


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APNDICE

Tabla de Calor

Material Especfico (Ce) Fusin (lf) Vaporizacin (lv)

Kcal/kg.C kJ/kg.K kJ/kg kJ/kgAceite de OlivaAceroAguaAlcoholAlpacaAluminioAntimonioAzufreBronceCadmio

Carbn MineralCarbn VegetalCincCobaltoCobreCromoEstaoter etlicoFenolGlicerinaHierroLadrillo

RefractarioLatnManganesoMercurioMicaNaftalinaNquelOroParafinaPlataPlatino

PlomoPotasioToluenoVidrio

0,4000,1101,0000,6000,0950,2170,0500,1790,0860,056

0,3100,2010,0930,1040,0930,1080,0600,540-0,5800,1130,210

0,0940,1100,0330,210-0,1100,0310,7780,0560,0310,031

0,0190,3800,200

1,6750,4604,1832,5130,3980,9090,2100,7500,3600,234

1,3000,8400,3890,4350,3890,4520,2502,261-2,4300,4730,880

0,3940,4600,1380,880-0,4610,1303,2600,2350,1300,130

0,0801,5900,838

-205335--37716438-46

--11724317259113113109176--

16815511,7-1512346714710911323

59--

--2250880------

------------

--281--------

-365-

Equivalencias:

1 kJ/kg.K = 0,2388 kcal/kg.C

INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS

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