ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALINSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FISICA B

Profesor:

Ing. Bolívar Flores

Título de la práctica:

Calor Específico de los Sólidos

Nombre:

Nelson Chiriboga Cedeño

Fecha de entrega del informe:

Martes, 21 de diciembre del 2010

Paralelo:

5

Año:

2010-2011

RESUMEN

En la práctica correspondiente a valor específico se tratara de obtener el calor específico de una muestra de sólido desconocida, a través del experimento de las muestras. El experimento consiste en calentar la muestra proporcionada por el profesor, por medio de generación de vapor, y luego mezclarla con agua a temperatura ambiente. Luego se emplearán las formulas correspondientes para realizar los cálculos respectivos, a fin de obtener un valor de calor especifico y compararlo con valores ya conocidos y determinar que material compone la muestra con la que trabajamos. El fin es despejar las dudas que nos pueda dejar el marco teórico sobre Calor Específico, y discutir sobre las posibles aplicaciones de este principio físico.

OBJETIVOS

Determinar el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas.

INTRODUCCIÓN

Concepto de temperatura

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, por ejemplo, la dilatación que experimenta un cuerpo cuando incrementa su temperatura. Esta propiedad se usa para medir la temperatura de un sistema. Pensemos en los termómetros que consisten en un pequeño depósito de mercurio que asciende por un capilar a medida que se incrementa la temperatura.

Concepto de calor

Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico, después de un cierto tiempo, alcanzan la condición de equilibrio en la que ambos cuerpos están a la misma temperatura. Un fenómeno físico análogo son los vasos comunicantes.Supongamos que la temperatura del cuerpo A es mayor que la del cuerpo B, TA>TB.Observaremos que la temperatura de B se eleva hasta que se hace casi igual a la de A. En el proceso inverso, si el objeto B tiene una temperatura TB>TA, el baño A eleva un poco su temperatura hasta que ambas se igualan.

Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa pequeña que está a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante está próxima a la del sistema grande.Decimos que una cantidad de calor DQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura.La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura DT.La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema.DQ=C·DT

La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada

Ecuaciones básicasEl calor específico medio ( ) correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas se define en la forma:

Donde es la transferencia de energía en forma calorífica en el entre el sistema y su entorno u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor específico molar) y es el incremento de temperatura que experimenta el sistema. El calor específico ( ) correspondiente a una temperatura dada se define como:

El calor específico ( ) es una función de la temperatura del sistema; esto es, . Esta función es creciente para la mayoría de las sustancias (excepto para los gases monoatómicosy diatómicos). Esto se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y sólo

estén accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la función , la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial Ti a la final Tf se calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse simplemente como:

Cantidad de sustanciaCuando se mide el calor específico en ciencia e ingeniería, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, ya sea en gramos o en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en química, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor específico, el cual es un cierto número de moléculas o átomos de la sustancia. Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el término calor específico molar se puede usar para referirse de manera explícita a la medida; o bien usar el término calor específico másico, para indicar que se usa una unidad de masa.

Conceptos relacionadosHay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor específico y éstas se denotan con sufijos en la letra c. El calor específico de los gases normalmente se mide bajo condiciones de presión constante (Símbolo: cp). Las mediciones a presión 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 expansión.El cociente entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinámico se denomina coeficiente adiabático y se designa mediante la letra griega (gamma). Este parámetro aparece en fórmulas físicas, como por ejemplo la de la velocidad del sonido en un gas ideal.El calor específico de las sustancias distintas de los gases monoatómicos no está dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura. Por lo tanto, debe especificarse con precisión la temperatura a la cual se hace la medición. Así, por ejemplo, el calor específico del agua exhibe un valor mínimo de 0,99795 cal/(g·K) para la temperatura de 34,5 °C, en tanto que vale 1,00738 cal/(g·K) a 0 °C. Por consiguiente, el calor específico del agua varía menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(g·K) a 15 °C, por lo que a menudo se le considera como constante.La presión a la que se mide el calor específico es especialmente importante para gases y líquidos.

Unidades de calorLa unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La caloría (cal) también se usa frecuentemente en las aplicaciones científicas y tecnológicas. La caloría 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 definición basada en el calor específico.Unidades de calor específicoEn el Sistema Internacional de Unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (J·kg-1·K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la caloría por gramo y por kelvin (cal·g-1·K-1). Así, el calor específico del agua es aproximadamente 1 cal/(g·K) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presión atmosférica; y exactamente 1 cal·g-1·K-1 en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C (por la definición de la unidad caloría).En los Estados Unidos, y en otros pocos países donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajón de Unidades, en aplicaciones no científicas, el calor específico 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 atmosféricas normales.

Sistema Utilizado en el Laboratorio

PROCEDIMIENTO

1. Escogemos la cantidad de muestra con la que vamos a trabajar.

2. Llenamos con agua el recipiente que vamos a calentar. Colocamos cierta cantidad de agua a temperatura ambiente dentro del calorímetro porque debemos tenerlo listo al momento que sea necesario usarlo.

3. Colocamos los 50 gramos de hierro dentro del recipiente destinado a almacenar esta muestra y con el termómetro nos guiamos hasta que la temperatura alcance o sobrepase los 90 °C.

4. Cuando el termómetro haya alcanzado este nivel abrimos el compartimiento inferior del envase que contiene la muestra solida y procuramos hacer caer la muestra dentro del calorímetro. Luego lo cerramos rápidamente y colocamos el termómetro. El termómetro deberá estar inicializado antes de colocarlo, para esto debemos sacudirlo suavemente con la mano.

5. Anotamos la lectura que nos dé el termómetro y esta será nuestra temperatura de equilibrio que alcance el calorímetro, la muestra sólida y el agua.

6. Completamos la tabla de datos de nuestra guía de laboratorio y procedemos a hacer los cálculos respectivos para hallar el calor específico de la muestra sólida. Debemos recordar que en cada medición y aplicación de formulas debemos calcular también su respectiva incertidumbre ya que ninguna de las mediciones que hacemos son exactas.

RESULTADOS

1. Observaciones y datos.a. Medición del calor específico de un sólido.b. Complete la tabla de datos.

Agua Calorímetro SustanciaMasa 50± 0,1 200± 0,1 50± 0,1

Calor Específico 1± 0,1 0.2± 0,01 0,12± 0,021Temperatura Inicial 20± 1 20± 1 100± 1Temperatura Final 25± 1 25± 1 25± 1

c. Obtenga el calor específico de la muestra sólida utilizada en esta práctica

C3=(m1c1+m2c2 ) (T e−T i )

m3 (T3−T e )

C3=(50∗1+200∗0.2 ) (25−20 )

50 (100−25 )

C3=(90 ) (5 )50 (75 )

C3=0.12

Errores

a=(m1 c1+m2 c2 ) b=(T E−T 1)

∆ a=m1δ c1+c1δm1+m2δ c2+c2δm2 ∆ b=0.5

∆ a=7 .12

c=m3 (T 3−T E )

∆ c=m3δ (T3−T E )+(T 3−T E )δm3

∆ c=25.05

d=ab c3=dc

∆ d=a∆ b+b∆ a δ c3=1cδd+ d

c2δc

∆ d=80.6 δ c3=0.021

Calor EspecíficoFe=(0,12±0,021 )[cal /g° c ]

2. Análisis.a. De acuerdo a los resultados obtenidos, ¿de qué metal está hecha la muestra? Explique.

La muestra parece estar conformada de Hierro (Fe), por la cercanía al valor teórico de calor específico de este material, y el bajo porcentaje de error, 6.19%.

b. Encuentre la diferencia relativa entre el valor teorico y el valor experimental del calor específico de la muestra.

|VT Fe−VEFeVT Fe |∗100=¿

|0.113−0.120.113 |∗100=6.19%c. Tomando en cuenta el aparato que utilizo, señale por qué no se obtuvo una concordancia

exacta en la pregunta anterior.Debido a fallas humanas que se encuentran dentro de los parámetros del experimento, como toma equivocada de temperatura, que es lo que más afecta al experimento en este caso. Además para obtener valores extremadamente bajos en errores, tendríamos que realizar muchas más experimentaciones ya que con solo una práctica no basta para sacar conclusiones de rigor.

d. ¿Por qué el agua y el hielo tienen diferentes calores específicos?Porque los enlaces en la estructura molecular de cada estado del agua es distinto, uno necesita más energía para romper los enlaces moleculares que el otro.

e. ¿Por qué se utilizan vasos de poliestireno para servir café? ExpliquePorque este material tiene un calor especifico muy alto, esto lo convierte en un mal conductor térmico, ya que se necesitaría altas cantidades de energía para que se de una variación de temperatura.

FOTOS PRÁCTICA

CONCLUSIONES:

Las conclusiones que nos dejó esta práctica fueron: la obtención de un porcentaje de error aceptable, con 6.19% para el calor específico del Hierro (Fe), lo cual denota una buena realización del experimento. Pudimos identificar el material de la muestra que se nos proporcionó para realizar la práctica, comparando los valores de los calores y observando las características físicas de la muestra. Además nos dimos cuenta del factor que podría incidir en nuestra practica, como la toma de temperatura, la cual había que hacerla rápidamente, a fin de obtener buenos resultados. Aprendimos sobre las aplicaciones del calor específico en la industria, en los hogares y en nuestro diario vivir, como los vasos en los que se sirven bebidas calientes, ya sea café, té, etc.

BIBLIOGRAFIA:

Guía de Laboratorio de Física B.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

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