Laboratorio de Fsica GeneralPrctica Nro. 10Calores EspecficosCalores Especficos1. ResumenEl principal objetivo de la experiencia fue determinar el calor especfico de objetos slidos, mediante el mtodo de mezclas.Este mtodo se utiliza cuando el intervalo de temperaturas no es muy alto, este mtodo permite determinar el calor especfico medio, haciendo uso de un balance de energa.En la prctica calcularemos el calor especfico de tres slidos distintos. Para ello mediremos el calor cedido por cada uno de los slidos a una masa conocida de agua fra, en un calormetro adiabtico. Pero como el mismo calormetro tambin absorbe calor, primero se determinar la capacidad calorfica del calormetro. La capacidad calorfica del calormetro se determinar mediante el ya mencionado mtodo de mezclas, que es anlogo al que luego aplicaremos para hallar el Cp de los distintos slidos.Para la experiencia se pes aproximadamente 147.3 gramos de agua, a una temperatura ambiente de 23.2C, el cual se dispuso en el calormetro, se llev a ebullicin una cantidad de agua, hasta los 100C, para poder calentar los slidos y luego transferirlos al calormetro.Se espera a que la temperatura del agua en el calormetro y el slido a 100C se equilibren, utilizamos un termmetro digital para medir con exactitud el momento en que la temperatura alcanza un equilibrio. Conociendo el valor especfico del agua (1cal/gC), y la del calormetro (hallado durante la experiencia) se puede conocer inmediatamente el calor especfico del slido.

2. Fundamento TericoCalor transferido durante cambios de TemperaturaLa cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es directamente proporcional a la variacin de la temperatura T.

Tambin, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa m.

El Calor Especfico, se denota por Ce y se define como la Capacidad calorfica por unidad de masa.

Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el medio que lo rodea, mientras que dT es el elemento de variacin de temperatura que experimenta los cuerpos.La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se utilizar el mtodo de mezcla y el proceso de medida se realizar a presin constante.Mtodo de MezclasSea una porcin de agua de masa ma, en un calormetro de masa mcal, ambos a la temperatura Ta, y otro cuerpo de masa mC, a otra temperatura TC que sea mayor que la temperatura Ta.Llamaremos tambin ca al calor especfico del agua, ccal al calor especfico del calormetro, y cC al calor especfico del cuerpo.Despus de un tiempo de haberse mezclado el agua con el cuerpo, el sistema adquirir una nueva temperatura de equilibrio Te. Se encuentra la ecuacin:

Se puede conocer el Calor especfico del cuerpo si conocemos el calor especfico del agua y del calormetro.3. Procedimiento ExperimentalMateriales Equipo de calentamiento Soporte Universal Calormetro de Mezclas Probeta graduada de 100mL Balanza Clamp Varilla Metlica Termmetro Vaso de Precipitados de 500mL Agua Potable Muestras metalicasI. Determinacin del equivalente en agua del calormetro

1. Colocamos en el calormetro la masa de agua previamente pesada.2. Tomamos la temperatura del agua en el calormetro.

II. Determinacin del Calor Especfico de los Slidos

1. Se lleva a ebullicin una cierta cantidad de agua utilizando el vaso de precipitado y el equipo de calentamiento. Se debe de controlar la temperatura hasta llegar a los 100C. Una vez a esta temperatura, el agua comenzar a cambiar de fase, y la temperatura se mantendr constante.2. Pesamos con ayuda de la balanza cada uno de los slidos.3. Pesamos tambin el calormetro, y el calormetro con agua (sistema), para hallar la masa de agua.4. Sumergimos durante 5 minutos el primer slido en el agua a 100C para que este tambin alcance esa temperatura.5. Pasados los 5 minutos, se retira el bloque y rpidamente se lleva al calormetro, para evitar que este se enfre.6. Se toma la temperatura de equilibrio con ayuda de un termmetro. 7. Se procede de la misma forma para los dems slidos.

4. Tabulacin de Datos y ResultadosDatos ExperimentalesTabla 1. Equivalente en agua del calormetromcal47.4 g

magua147.3 g

Tagua23 C

Tabla 2. Masas de los slidosSlidoMasa (g)

Solido 186.4

Solido 226.5

Tabla 3. Temperaturas de EquilibrioBloqueCobreAluminio

Ta(C)23.222.6

TC(C)100100

Te(C)26.524.6

mC(g)86.426.5

Datos de Referencia Tablas

ResultadosTabla 5. Calores Especficos ExperimentalesSustanciaCalor especfico (cal/gC)% de Error

Solido 10.04442%

Solido 20.15826.1%

5. ClculosNota: El Calormetro es de aluminio.Calor Especfico del Slido 1Utilizando la relacin

Calor Especfico del Slido 2

6. Anlisis y Discusin de ResultadosComo se observa en la realizacin de los clculos, los porcentajes de error pueden incrementar tremendamente con solo una pequea variacin, es muy notorio que el porcentaje de error para la determinacin del Calor especfico de la muestra de cobre sea tan pequeo, casi exacto (0.24%) mientras que encontramos un gran error al momento de hacer el clculo del porcentaje de error de la muestra de Plomo (42%), y el de la muestra de Aluminio (26.1%), es evidente que para la experiencia con estos dos slidos, hubo algn factor que alter totalmente el sistema, posiblemente ingres ms agua al calormetro, o la temperatura de estos slidos no se encontraba a los 100C. Aqu tambin entra a tallar un factor muy importante, la conductividad trmica del cobre es muy alta, por lo que fcilmente se puede calentar hasta los 100C al someterlo al agua en ebullicin, es posible que esto haya influido de forma positiva en el resultado, mientras que las otras muestras, no podemos haber determinado con exactitud que se encontraran a 100C, simplemente por el tiempo que se encontraban sumergidos en el agua hirviendo pudimos suponer que se hallaban a esta temperatura.Tambin, cabe destacar que el primer slido en determinar el calor especfico fue justamente el cobre, en segundo lugar se realiz la experiencia con el aluminio, y por ltimo el plomo, est visto que el porcentaje de error fue incrementndose, ya que las variables fueron cambiando con cada experiencia, por lo que resolvemos que para realizar un clculo efectivo sera una buena recomendacin empezar de nuevo el experimento para cada una de las muestras, ya que al reutilizar el calormetro, la temperatura, la cantidad de agua, el peso, y dems variables pueden influir de forma negativa.

7. Conclusiones

El calor especfico de una sustancia es independiente de su temperatura. El mtodo de mezclas para encontrar el calor especifico de ciertas sustancias debe de ser realizado con mucho cuidado para poder obtener resultados de mediciones ms precisos, ya que el simple hecho de agitar accidentalmente el agua del calormetro, o de aproximarlo a una fuente de calor, puede aportar energa al agua y afectar las medidas. Sera ideal poder tomar la medida exacta de la temperatura del slido al momento de introducirlo al calormetro, para evitar usar medidas tomadas arbitrariamente. Resulta importante evitar introducir ms agua al calormetro, por lo que se debe de agitar ligeramente el slido para eliminar las gotas de agua. Esto puede llevar a un error tremendo al momento realizar las operaciones. Si se realiza el experimento para un solo slido, el porcentaje de error es bastante pequeo y en nuestro caso se aproxima a cero. Al realizar nuevas mediciones con otros slidos, se pueden alterar las condiciones (masa de agua, temperatura) y llevar a un error bastante pronunciado.

8. Bibliografa

Robert G. Mortimer, PhysicalChemistry, 3ra edicin. Editorial Elsevier, 2008. Gilbert W. Castellan, PhysicalChemistry, 3ra edicin. Addison-Wesley Publishing Inc., 1983. Manual de Laboratorio de Fsica General Departamento Acadmico de Fsica (UNMSM)

9. Evaluacin1. Qu es un calormetro? Descrbalo y explique cmo funciona.El calormetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor especfico de un cuerpo, as como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.El tipo de calormetro de uso ms extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termmetro. Se coloca una fuente de calor en el calormetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termmetro. Si se conoce la capacidad calorfica del calormetro (que tambin puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energa liberada puede calcularse fcilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor especfico y el calor latente pueden ir midindose segn se va enfriando el objeto. El calor latente, que no est relacionado con un cambio de temperatura, es la energa trmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de lquido a slido o viceversa.2. Investigue cuantos tipos de calormetros hay en el mercado y cules son los usos de cada uno de ellos.Calormetro Adiabtico: Los calormetros adiabticos, se construyen de tal forma que nopermiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lotanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema yrelacionar el calor generado con la diferencia de temperatura queproduce.Calormetro Isoperiblico: Un calormetro isoperiblico mantiene constante la temperatura delos alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que latemperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo. Existeuna resistencia trmica R, de magnitud definida entre los alrededores yla celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio decalor depende de la diferencia de temperatura entre estos (T es igual ala temperatura de los alrededores y T igual a la temperatura de la celday sistema de medida); como T es constante entonces el flujo de calor esuna funcin de T. Si la generacin de calor dentro de la celda setermina, la temperatura C T se aproxima a la temperatura de losalrededores T.Calormetros isotrmicos: Otra forma de realizar la medida de la energa involucrada en unproceso, es mediante el uso de un mtodo opuesto a los dos anteriores,aislamiento total en el caso adiabtico o permitir fugas trmicaspequeas en el isoperiblico, en el que se presenta un intercambiogrande del calor que se produce en la celda con los alrededores; estemtodo es de naturaleza isotrmica, y en l los alrededores y la celdatienen la misma temperatura constante.8