infrome de calor especifico

Universidad del norte

Laboratorio de física calor ondas Andrea Angulo

código: 200030232

email: [email protected]

Ronald Suerte

Codigo: 200029073


Luis Guzman

Codigo: 200010245


[INFORME DE LABORATORIO]

In this experience was calculated the specific heat of a material at different temperature changes. This experience was to take a material (copper, aluminum or lead) to boiling water to the point where the material has the same temperature of boiling water, and then passed into water at room temperature until equilibrium is established heat. All this was with the purpose to find the specific heat of each material and compare it with the theoretical. En esta experiencia se calculo el calor específico de un material a diferentes cambios de temperatura. Esta experiencia consistió en tomar un material (ya sea cobre, aluminio o plomo) y llevarlo ha agua hirviendo hasta el punto en que el material tenga la misma temperatura del agua hirviendo, después se pasó a agua a temperatura ambiente hasta que se estableciera el equilibrio térmico. Todo esto con el propósito de hallar el calor especifico de cada material y compararlo con lo teórico.

Informe de laboratorio Universidad del norte

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INTRODUCCIÓN.

La temperatura es la sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en contacto con él. Observamos cambios en los cuerpos cuando cambian su temperatura como la dilatación que experimenta un cuerpo cuando incrementa su temperatura. El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de una sustancia para que eleve en un grado centígrado su temperatura. La cantidad de calor que necesitamos para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado es conocido como el calor específico y cada sustancia tiene su propio calor específico. En esta experiencia veremos la diferencia entre los calores específicos de diferentes muestras metálicas, teniendo en cuenta el cambio de temperatura y sus respectivas masas.

1.2. OBJETIVOS.

Generales:

Determinar el calor específico de un solido por medio del método de mezclas.

Específicos:

Analizar los intercambios de calor que tienen lugar en el interior del calorímetro entre los elementos de la mezcla.

Discutir los factores de error en la determinación del calor especifico del solidó.


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2. MARCO TEÓRICO.

2.1. Cantidad de calor:

Si interactuamos dos cuerpos o sustancias, uno “frio” y otro “caliente”, estos tratan de

establecer equilibrio térmico entre si. Esta interacción se conoce como transferencia

de energía de una sustancia a otra. La transferencia de energía que se da únicamente

por una diferencia de temperatura se denomina flujo de calor o transferencia de

calor, en tanto que la energía así transferida se llama calor.

En la figuras 3.1.a y 3.1.b, el cambio de temperatura del mismo sistema puede

lograrse:

a) Realizando trabajo

b) Agregándole calor.

Figura 3.1. a. aumento dela temperatura del agua al

efectuar trabajo sobre ella.

El agua se calienta conforme las paletas efectúan trabajo

sobre ella, entonces se puede decir que el aumento de

temperatura es proporcional a la cantidad de trabajo

efectuado.

Figura 3.1. b. incremento de la temperatura del agua

transfiriéndole directamente calor.

El calentamiento directo puede producir el mismo cambio de

temperatura que efectuar trabajo sobre el agua.


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Podemos definir una unidad de cantidad de calor con base en el cambio de

temperatura de un material específico. La caloría (abreviada cal) se define como la

cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5 oc a

15.5 oc. También se usa caloría (Kcal), igual a 1000 cal.

Relaciones de unidades:

1 cal= 4.186 J

1 Kcal= 1000 cal= 4186 J

1 btu = 778 ft.lb = 252 cal = 1055J.

2.2. Calor especifico:

Usamos el símbolo Q para la cantidad de calor. Cuando el calor esta asociado a un

cambio de temperatura infinitesimal dT, lo llamamos dQ, se observa que la cantidad

de calor Q necesario para elevar la temperatura de una masa m de cierto material de

T1 a T2 es aproximadamente proporcional al cambio de temperatura ∆T= t2 – t1 y a la

masa m del material.

Juntando todas estas relaciones tenemos que:

Q= mc∆T (1)

Q = calor especifico para cambiar la temperatura de la masa m.

c = es una cantidad, diferente de cada material llamada calor especifico del material.

m = la masa del material.

∆T= diferencia de temperatura de un sistema a otro.

Para un cambio infinitesimal de temperatura dT y la cantidad de calor

correspondiente dQ, entonces:

dQ= mcdT (2)


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c = (calor especifico). (3)

El calor específico del agua es aproximadamente:

4190 J/kg.K 1 cal/g.C0 ò 1 btu/lb.F0.

El calor específico de un material siempre depende un poco de la temperatura inicial y

del intervalo de temperatura.

En la figura 3.2 se muestra la capacidad calorífica del agua:

Figura 3.2. (Capacidad calorífica del agua en función de la temperatura. El valor c varia

menos del 1% entre 0oc y 100oc)

2.3. Capacidad calorífica molar:

A veces resulta más útil describir una cantidad de sustancia en términos del número

de moles n, en vez de la masa del material. La masa molar de cualquier sustancia

denotada por M, es la masa por mol, por ejemplo, la masa molar del agua es de 18

g/mol = 18 x10-3 kg/mol; un mol de agua tiene una masa de 18 g = 0.0180 kg. La masa

total m de material es la masa por mol M multiplicada por le numero de moles n:


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m= nM (4)

Sustituyendo la masa m de la ecuación (4) por le producto nM, tenemos que:

Q= nMc∆T (5)

El producto Mc se denomina capacidad calorífica molar denotada con C, entonces

podemos reescribir la ecuación (4) de la siguiente manera:

Q= nC∆T (6)

Q= calor especifico para cambiar la temperatura de n moles.

n= numero de moles.

C= capacidad calorífica molar.

∆T= diferencia de temperatura.

Entonces la capacidad calorífica molar se puede expresar de la forma:

C= = Mc (7)

La capacidad calorífica molar del agua es:

C= Mc= (0.0180 kg/mol)(4190J/kg.K) = 75.4 J/mol.K


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En la tabla 3.3 se dan valores de calor específico y capacidad calorífica molar para

varias sustancias:

Tabla 3.3. (Valores aproximados de calor específico y capacidad calorífica molar a

presión constante)


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4. TOMA DE DATOS

En esta experiencia se utilizó el sensor de temperatura Tipo K (CI-6526), el generador

de vapor (TD-8556A) y el conjunto de calorimetría (TD-8557) para determinar el

calor específico del aluminio, cobre y plomo por el método de las mezclas.

Se llenó con agua el generador de vapor y se esperó que el agua hirviera para

introducir cada una de las muestras: aluminio, cobre y plomo en el generador de

vapor; teniendo en cuenta que el sólido no tocara el fondo del generador. Después

depositamos en un calorímetro una masa de agua a temperatura ambiente, de manera

que su capacidad cubriera por completo la muestra.

Se midió la masa del calorímetro, la masa de cada una de las muestras, la temperatura

de las muestras y del agua.

Figura 4.1 Grafica Temperatura vs

Tiempo para el Aluminio.

Figura 4.2 Grafica Temperatura vs Tiempo

para el Cobre.


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Figura 4.3 Grafica Temperatura vs Tiempo

para el Plomo.

Estos datos se encuentran en la siguiente tabla:

AL CU Pb Mcal(seco y vacío) 15.5 g 15.5 g 15.5 g Mmuestra 198 g 193.11 g 225,74 g Mcal+agua 320.83 g 231.32 g 245.69 g Magua 305.33 g 215.82 g 230.19 g Timuestras 26.3 °C 26.7°C 26.4°C Tfequilibrio 34.7°C 31.5°C 28.4°C

Se introdujo el sensor de temperatura al generador de vapor que contiene cada

muestra y se removió el agua hasta que se estabilizara. Se pasó el sensor de

temperatura al calorímetro y se agitó el agua hasta que la temperatura se estabilizara.

Y se trasladó el sólido del generador hasta el calorímetro, sin demorarlo tanto tiempo

en el aire y de igual manera se agitó el agua hasta cuando la temperatura se

estabilizara.

Aluminio


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Cobre

Plomo

Aluminio

Cobre

Plomo


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Causas de Error:

Entre las Posibles causas para estos errores medios tenemos:

Se pudo haber perdido calor al pasar cada uno de los materiales desde el recipiente a (100 °C) hasta el recipiente b (Temperatura ambiente).

Falta de precisión al tomar los datos de la masa del agua, calorímetro y cada uno de los materiales.

El calorímetro no aislaba en un 100% del ambiente pues se encuentra la parte superior expuesta al aire.

PREGUNTAS 1. Se aprecia valores diferentes para calores específicos de los distintos materiales. ¿Cuál es la explicación física de este hecho?

Al realizar los cálculos nos pudimos dar cuenta de que cada material tiene un calor

específico diferente, esto se debe en gran medida a lo siguiente:

Masa Molar: es la masa de un mol de cualquier elemento, la cual es directamente proporcional a la masa molecular del elemento. La energía calorífica se almacena gracias a la existencia de átomos o moléculas vibrando. Si una sustancia tiene una masa molar más ligera, entonces cada gramo de ella tiene más átomos o moléculas disponibles para almacenar energía. una cantidad tan grande de moléculas.

Enlaces puente de hidrógeno: Las moléculas que contienen enlaces polares de hidrógeno tienen la capacidad de almacenar energía calorífica en éstos enlaces, conocidos como puentes de hidrógeno.

Impurezas En el caso de las aleaciones, hay ciertas condiciones en las cuales pequeñas impurezas pueden alterar en gran medida el calor específico medido.

2. Se tienen tres muestras: Aluminio, cobre, plomo de igual masa y temperatura de

27°C y se calientan introduciéndolos en agua a temperatura de 100°C ¿Cuál recibe

mayor cantidad de calor? Explique.

Partiendo de la Fórmula vista en clase:


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(1)

Nos damos cuenta que si la masa es la misma y tienen igual temperatura al ser

introducidos nos damos cuenta que Q (cantidad de calor) depende en ultimas de c

(calor específico), esto quiere decir que entre mayor sea c mayor será Q.

En este sentido el que recibe mayor calor es el Aluminio, seguido por el cobre y último

el plomo.

3. De acuerdo con lo observado en las graficas en esta experiencia ¿Qué explica el hecho de los diferentes cambios de temperatura en el agua contenida en el calorímetro para las diferentes muestras?

Figura 4.4 Grafica Temperatura vs

Tiempo para los tres materiales:

Rojo oscuro: Aluminio.

Verde: Cobre.

Rojo claro: Plomo

Indica que la cantidad de calor entregada por los materiales al agua es diferente para

cada uno de los ensayos, siendo el del Aluminio el de mayor magnitud, seguido por el

cobre y al final por el plomo. En las gráficas se puede apreciar por la pendiente de las

rectas.


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4. Como influye el Calorímetro en el sistema.

Partiendo de que un calorímetro es un dispositivo (un recipiente) con un buen

aislamiento térmico que permite mantener aislado el intercambio de calor con el

medio en el cual se encuentra, podemos decir que el papel que juega el vaso de icopor

es mantener aislado el sistema del entorno para así tener mejor claridad en la toma de

datos.

Internamente, el material de un calorímetro es de baja K (conductividad térmica)

capaz de soportar un gran gradiente de temperatura con un flujo de calor

despreciable que hace que la temperatura interior se mantenga casi constante por

tiempos prolongados.

5. Como trabaja el termómetro utilizado.

En esta experiencia se utiliza el sensor de temperatura Tipo K (CI-6526),

La sonda de alta temperatura del termopar tipo k se encuentra cubierta de metal

inconel. Su rango es de -200 a 1.000 ° C. Por lo tanto, se puede utilizar en una llama

abierta o a altas temperatura de mediciones. Un termopar trabaja por uniones entre

metales diferentes o aleaciones en un circuito eléctrico dando lugar a una fuerza

electromotriz o tensión si se encuentran en diferentes temperaturas. Este tipo de

termopar se hace de una

chromel y su unión con alambre alumel.


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CONCLUSIÓN.

En este informe concluimos:

El calor específico de un cuerpo a otro se da por diferentes niveles de temperatura,

nos dimos cuenta de esto al colocar el material que tenía la mayor temperatura al agua

a temperatura ambiente, al ver que el material se enfriaba y el agua se calentaba a

medida que pasaba el tiempo hasta que tuviesen una temperatura uniforme, esto nos

quiere decir que el sistema estaba en equilibrio térmico lo cual hubo una conservación

de la energía, ya que establece que la energía total de un sistema es igual a la energía

total del mismo sistema. La transferencia de energía también depende del tipo de

material, entre mayor, sea c mayor será la transferencia de energía de un sistema a

otro (calor), nos dimos cuenta que el que tenia mayor calor especifico era el aluminio

lo cual nos indica que el aluminio es mejor al absorber energía, así las moléculas

internas del material ( en este caso el aluminio) se mueven mas rápidos así cambiando

el sistema del material ( la masa), entonces podemos decir también que el calor es

directamente proporcional a la masa.

BIBLIOGRAFÍA.

Sears.zemansku.fisica universitaria. Volumen 1. Decimosegunda edición.

Editorial pearson.

ftp://ftp.pasco.com/Support/Documents/English/CI/CI-6536/012-

05608B.pdf

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

ftp://ftp.pasco.com/Support/Documents/English/CI/CI-6536/012-05608B.pdf

ftp://ftp.pasco.com/Support/Documents/English/CI/CI-6536/012-05608B.pdf

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

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