Universidad San Sebastián Departamento de Física

Juan Carlos López M. Profesor de Física http://www.geocities.com/fisica_uss profesor@netexpress.cl 1

LABORATORIO Nº __ CALOR ESPECÍFICO

INTRODUCCIÓN

Un calorímetro es un vessel o dispositivo térmico que aísla un experimento de su alrededor. Idealmente, éste permite que el resultado de un experimento hecho en un calorímetro sea independiente de la temperatura del entorno, porque no hay flujo de calor hacia o desde el calorímetro.

Sin embargo, ningún calorímetro es perfecto, y ellos siempre tienen algo de flujo de calor no deseado y no medible, que afecta los resultados de cualquier experimento de calorimetría. Para minimizar los flujos de calor no deseados, siempre planifica el experimento de modo que:

1. el tiempo entre la toma de la temperatura inicial y final sea mínima. En otras palabras, hacer la parte crítica del experimento rápidamente,

2. en la medida de lo posible, que la temperatura ambiente sea aproximadamente el promedio entre las temperaturas inicial y final del experimento.

Cuando la temperatura experimental es más fría que la temperatura ambiente, el calor fluye del entorno al calorímetro. Cuando la temperatura experimental es más caliente que la temperatura ambiente, el calor fluye desde el calorímetro al entorno. Si la temperatura experimental varia sobre y bajo la temperatura ambiente en cantidades iguales, el calor ganado y perdido por el ambiente será aproximadamente igual, minimizando el efecto neto sobre el experimento.

3. las mediciones de la masa de líquido sean hechas cerca de la medición de temperatura crítica como sea posible. Esto reduce los efectos de perdida de masa por evaporación.

Objetivos:

1ª Parte: Medir el calor específico del aluminio, cobre y plomo

2ª Parte: Medir el calor específico de una sustancia anticongelante.

Expresar los resultados con sus respectivos errores relativos y porcentuales.

Materiales

• Calorímetro • Termómetro • Piezas de aluminio, cobre, y plomo • Balanza

• Agua hervida • Agua fría • Hilo.

Laboratorio Nº 7: Termodinámica: Calor Específico

Juan Carlos López M. Profesor de Física http://www.geocities.com/fisica_uss profesor@netexpress.cl 2

Teoría: El Calor Específico de una sustancia, usualmente indicado por el símbolo c, es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una gramo de sustancia en un grado centígrado. De la definición de caloría, podemos ver que el calor específico del agua es 1.0 cal/gºC. Si un objeto está hecho de una sustancia con un calor específico igual a csus, entonces el calor, ∆Q, necesario para elevar la temperatura del objeto en una cantidad ∆T es:

∆Q = (masa del objeto) (csus) (∆T).

En este experimento medirás el calor específico de distintos metales, incluyendo aluminio, cobre, y plomo.

Método

Precaución: Este experimento involucra el uso de agua hervida y la manipulación de objetos metálicos CALIENTES. Trabaja con mucho cuidado.

1ª Parte El Calor Específico del Aluminio, Cobre, y Plomo.

1. Mide Mcal, la masa del calorímetro que usarás (debe estar vacío y seco). Registra tus resultados en la Tabla 1.1.

2. Mide las masas de las piezas de aluminio, cobre, y plomo. registra estas masas en la Tabla 1.1 en la columna rotulada Mpieza.

3. Une un pedazo de hilo a cada pieza de metal y suspende cada una de ellas en agua hirviendo. Espera unos pocos minutos para que las piezas se caliente completamente.

Sigue los pasos del 4 al 8 para cada pieza de metal.

4. Llena el calorímetro aproximadamente a la mitad de su capacidad de agua fría - usa suficiente agua para cubrir fácilmente cualquiera de las piezas de metal.

5. Mide Tfría, la temperatura del agua fría, y registra tu medición en la tabla.

6. Inmediatamente después de medir la temperatura, quita la pieza de metal del agua hirviendo, sécala rápidamente, y entonces introdúcela en el agua fría del calorímetro (la pieza debe estar completamente cubierta pero no debe tocar el fondo del calorímetro).

7. Agita el agua con el termómetro y registra Tfinal, la mayor temperatura alcanzada por el agua se obtiene cuando se logra el equilibrio térmico con la pieza de metal.

8. Inmediatamente después de tomada la temperatura, mide y registra Mtotal, la masa total del calorímetro, agua, y pieza de metal.

Laboratorio Nº 7: Termodinámica: Calor Específico

Juan Carlos López M. Profesor de Física http://www.geocities.com/fisica_uss profesor@netexpress.cl 3

2ª Parte 2 El Calor Específico del Anticongelante.

Repite la 1ª parte de este experimento, pero en lugar de usar las piezas de metal, calienta aproximadamente 100 gramos de anticongelante a aproximadamente 60 ºC. Mide y registra la temperatura, después rápidamente vierte dentro del calorímetro de agua fría y agita hasta que se registre la mayor temperatura estable (aproximadamente 1 minuto). Registra tus datos y cálculos en una hoja separada de papel. Necesitarás los siguientes datos: Mcal, la masa del calorímetro, MH20, la masa del calorímetro más el agua, Tfría (la temperatura del agua fría), Mfinal y Tfinal, la masa y temperatura del calorímetro más el agua más el anticongelante.

Datos y Cálculos

Para cada metal testeado, usa las ecuaciones siguientes para determinar MH2O, la masa del agua usada, ∆TH2O, el cambio de temperatura del agua cuando entra en contacto con cada pieza de metal, y ∆Tpieza, el cambio de temperatura de la pieza de metal cuando entra en contacto con el agua, registra tus resultados en la Tabla 1.1.

MH2O = Mfinal - (Mcal + Mpieza)

∆TH2O = Tfinal - Tfría

∆Tpieza = 100 ºC - Tfinal

De la ley de conservación de la energía, el calor perdido por la pieza de metal debe ser igual al calor ganado por el agua:

Calor perdido por la pieza = (Mpieza) (cpieza)(∆Tpieza) = (MH2O)(cH2O)(∆TH2O) = Calor ganado por el agua

(cH2O es el calor específico del agua, el cual es 1.0 cal(g ºC.)

Usa las ecuaciones anteriores, y tu colección de datos, para encontrar los calores específicos del aluminio, cobre, y plomo. Registra tus resultados en la columna inferior de la Tabla 1.1

Laboratorio Nº 7: Termodinámica: Calor Específico

Juan Carlos López M. Profesor de Física http://www.geocities.com/fisica_uss profesor@netexpress.cl 4

Tabla 1.1 Datos y Cálculos (Parte 1)

Aluminio Cobre Plomo

Mcal (g)

Mpieza (g)

Tfría (ºC)

Tfinal (ºC)

Mtotal (g)

MH2O

∆TH2O

c(cal/gºC)

2ª Parte

Mcal = _________________

MH2O = ________________

Tfría = _________________

Mfinal = _______________

Tfinal = ________________

Haz los mismo cálculos que usaste en la primera parte para determinar canti, el calor específico del anticongelante.

canti = _________________

Preguntas

1. ¿Cómo es el calor específico de las piezas de metal comparado con el calor específico del agua?

2. ¿Discute cualquier pérdida o ganancia de calor no deseada que pueda haber afectado tus resultados?

3. De tus mediciones del calor específico del anticongelante, ¿cuál puede ser el mejor enfriador para un motor de automóvil, anticongelante o agua? ¿Cuál es el anticongelante usado como enfriador de motores?