Universidad de Santiago de Chile

Departamento de Física

TUAQF

1º/2013

Laboratorio Nº6

Calorimetría

Cada material necesita cantidades de calor diferentes para producir un cambio dado en su temperatura. Por ejemplo, para incrementar la temperatura de 1kg de agua en una cantidad ΔT de temperatura se requiere alrededor de 10 veces más calor que para incrementar en esta misma cantidad ΔT la temperatura de 1kg de cobre. Este comportamiento de los materiales es caracterizado cuantitativamente por el calor específico, que es la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de 1gr de sustancia en 1°C. 

La capacidad calorifica se puede escribir como:

La caloría es la unidad de calor definida como la cantidad de calor requerido para incrementar la temperatura de 1gr de agua en 1°C.

Algunos valores de calores específicos para algunos materiales.

El calor específico de un material puede ser determinado experimentalmente midiendo el cambio de temperatura que presenta una determinada masa del material al entregarle una cierta cantidad de energía. Esto puede ser realizado indirectamente por un procedimiento de calorimetría conocido como el método de mezclas. Varias sustancias a diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico, las sustancias calientes entregan calor a las sustancias frías hasta que todas las sustancias alcanzan una temperatura de equilibrio común.

En el experimento a desarrollar, se añade agua caliente a un calorímetro el cual contiene una barra metálica, luego se agita el calorímetro por unos segundos hasta que el sistema alcanza el equilibrio térmico. Note que la función del calorímetro es aislar el sistema para disminuir las pérdidas de

calor. Sin embargo, su capacidad calorífica es desconocida, por lo tanto, el primer paso es determinar la capacidad calorífica del calorímetro.

Cero Absoluto (ESTUDIAR PARA CONTROL DE ENTRADA)

Para los gases ideales, las variables termodinámicas están relacionadas por medio de la ecuación:

Donde:

P: Presión del gas.

V: Volumen del gas.

n: Cantidad de moles.

T: Temperatura.

R: Es la constante de los gases ideales,

Entonces, si mantenemos un recipiente cerrado, tendremos que las magnitudes Volumen y cantidad de moles no variarán al interior del recipiente,

La temperatura absoluta, será directamente proporcional a la Presión absoluta al interior del recipiente.

Entonces si medimos T Vs P, para un volumen fijo de partículas, podemos luego extrapolar la curva y estudiar el punto del eje de temperatura donde la presión sea cero. Obtendremos el cero absoluto experimental, la pendiente de dicha recta dependerá de la cantidad de sustancia en el recipiente.

Bibliografía

“Medición de Presión y Temperatura durante un cambio de fase”. Universidad Iberoamericana, Ciudad de México. Prof. Carmen González Meza.

Manual de Instrucciones Absolute Zero Apparatus. Model Nº TD-8595 PASCO.

0.0821 1.9872 8.3145atm l cal J

Rmol K mol K mol K

VT P

nR

Objetivos

I.-Determinar el cero absoluto de temperatura

II.- Determinar la temperatura final de una mezcla Agua- hielo

III.- Determinar el material de un objeto, a partir del calor específico del metal desconocido.

Materiales

1.- Termómetro de acero inoxidable, PASCO.2.- Vaso Precipitado.3.- Hervidor. 4.- Termómetro de Alcohol o Mercurio.5.- Soporte Universal con nuez.6.- Metales desconocidos7.- Calorímetro.8.- Hielo

Experiencia I.- Determinar la temperatura final de una mezcla agua hielo.-

1. Añada al calorímetro 100ml de agua a una temperatura entre 40º y 60º C. Registre los

valores de temperatura y masa según corresponda.

2. Introduzca en el calorímetro entre 20 y 30 g de hielo, (mida y registre su temperatura

previamente.)

3. Agite suavemente la mezcla hasta que se funda todo el hielo.

4. Mida la temperatura final de la mezcla y compare el resultado con el valor teórico obtenido.

Experiencia II.- Determinar el calor especifico de un metal desconocido.-

1. Medir la masa del material y depositarlo en el calorímetro.

2. Añadir al calorímetro 100ml de agua a temperatura ambiente previamente pesada.

Observe la lectura del termómetro y cuando se estabilice, registre su valor

como T1 (Temperatura inicial sistema calorímetro, agua y barra de cobre) en la tabla que se

muestra más adelante.

3. Caliente en un vaso precipitado 100ml de agua a una temperatura aproximada de 50°C y

registre esta temperatura como T2. Vierta esta cantidad de agua caliente (previamente

pesada) en el calorímetro y ciérrelo. Homogenice la temperatura de la mezcla agitando

suavemente el calorímetro. Espere unos segundos hasta que la temperatura llegue a un

valor estacionario y registre esta temperatura como T3.

4. Luego de anotar los datos en la tabla, determine el calor específico del metal

desconocido

5. Realice el procedimiento anterior tres veces.