TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIN 2. OBJETIVOS 3. MATERIALES Y EQUIPOS 4. FUNDAMENTO TERICO 5. PROCEDIMIENTO 6. EVALUACIN 7. TAREA 8. CONCLUSIONES 9. RECOMENDACIONES 10. BIBLIOGRAFA

INTRODUCCIN

El presente informe de laboratorio de fsica, que tiene por ttulo CALORES ESPECFICOS, con esta experiencia se pretende que el estudiante de ingeniera observe el calor especfico y a partir de ello identifique las principales magnitudes que intervienen, y visualice los valores que stas toman en distintos casos, as como las variaciones que experimentan en diversos instantes y posiciones. El calor especfico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorfica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa. El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsico Joseph Black, quien realiz variadas medidas calorimtricas y us la frase capacidad para el calor. En esa poca la mecnica y la termodinmica se consideraban ciencias independientes, porlo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra ser transferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser remplazado.

2. OBJETIVOS

Determinar el calor especfico de diferentes muestras slidas mediante el uso de un modelo dinmicosencillo.Estudiar el efecto de la transferencia de calor entre el calormetro y la muestra a analizar.Aplicar la ley de equilibrio trmico a sistemas termodinmicos.Aplicar la conservacin de la energa en sistemas de transferencias de calor.Reconocer el calor como una forma de energa.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

-1 Equipo de Calentamiento. -1 Soporte Universal

-1 Calormetro de mezclas -1 probeta graduada de 100 ml

-1 balanza de laboratorio -1 varilla metlica

-1 termmetro -1 vaso precipitado, 500ml

-Agua potable -1 clamp

4. FUNDAMENTO TERICO

4.1. CALOREn fsica, transferencia de energa de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energa en trnsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante.4.2. TEMPERATURALa sensacin de calor o fro al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si se procede con cuidado, es posible comparar las temperaturas relativas de dos sustancias mediante el tacto, es imposible evaluar la magnitud absoluta de las temperaturas a partir de reacciones subjetivas.4.3. CALOR ESPECFICOEs unamagnitud fsicaque se define como la cantidad decalorque hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor especfico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra(minscula).De forma anloga, se define lacapacidad calorficacomo la cantidad decalorque hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra(mayscula).Por lo tanto, el calor especfico es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto es:dondees la masa de la sustancia. Adems, el calor especfico es unapropiedad intensivade la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, lacapacidad calorficaes unapropiedad extensivarepresentativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, serequiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote demagnesioque para un lingote deplomo de la misma masa. El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsicoJoseph Black, quien realiz variadas medidascalorimtricasy us la frase capacidad para el calor.4En esa poca lamecnicay latermodinmicase consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra sertransferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser reemplazado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor especfico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones tambin se expresa en caloras por gramo y grado centgrado. El calor especfico del agua es una calora por gramo y grado centgrado, es decir, hay que suministrar una calora a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centgrado.4.4. FACTORES QUE AFECTAN EL CALOR ESPECFICO

Las molculas tienen una estructura interna porque estn compuestas de tomos que tienen diferentes formas de moverse en las molculas. La energa cintica almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor especfico.

-Grados de libertadEl comportamiento termodinmico de las molculas de los gasesmonoatmicos, como elhelioy de los gasesbiatmicos, elhidrgenoes muy diferente. En losgases monoatmicos, laenerga internacorresponde nicamente amovimientos de traslacin. Los movimientos traslacionales son movimientosde cuerpo completoen unespacio tridimensionalen el que las partculas se mueven e intercambian energa en colisiones en forma similar a como lo haran pelotas de goma encerradas en un recipiente que se agitaran con fuerza. Estos movimientos simples en los ejes dimensionales X, Y, y Z implican que los gases monoatmicos slo tienen tresgrados de libertadtraslacionales.-Masa molarUna de las razones por las que el calor especfico adopta diferentes valores para diferentes sustancias es la diferencia enmasas molares, que es la masa de un mol de cualquier elemento, la cual es directamente proporcional a la masa molecular del elemento, suma de los valores de lasmasas atmicasde la molcula en cuestin. La energa calorfica se almacena gracias a la existencia de tomos o molculasvibrando. Si una sustancia tiene una masa molar ms ligera, entonces cada gramo de ella tiene ms tomos o molculas disponibles para almacenar energa. Es por esto que elhidrgeno, la sustancia con la menor masa molar, tiene un calor especfico tan elevado; porque un gramo de esta sustancia contiene una cantidad tan grande de molculas.-Enlaces puente de hidrgenoLas molculas que contienenenlaces polaresde hidrgeno tienen la capacidad de almacenar energa calorfica en stos enlaces, conocidos como puentes de hidrgeno.-ImpurezasEnel caso de lasaleaciones, hay ciertas condiciones en las cuales pequeas impurezas pueden alterar en gran medida el calor especfico medido. Las aleaciones pueden mostrar una marcada diferencia en su comportamiento incluso si la impureza en cuestin es uno de los elementos que forman la aleacin.

FORMULASLa 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 (c) de un cuerpo se define como:

DETERMINACIN DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORMETRO (K)

1. Monte el equipo como muestra el diseo experimental de la figura2. Coloque en el calormetro una masa de 120g de agua (ma) y mida la temperatura inicial del sistema Ta3.Vierta esta agua caliente dentro del calormetro y espere 1 minuto para que llegue a equilibrarse el sistema.4. Con un termmetro mida la temperatura del sistema en equilibrio Te.5. determine las masas may mbdel agua que se usan en este proceso y complete la TABLA 1

TABLA 1ma120 0.05

Ca1 0.05

Ta 22.5 0.05

mb100 0.05

Tb99 0.05

Te49 0.05

6. Usando la relacin 4 determine el equivalente en agua del calormetro y anote su valor.K= -20

6. EVALUACINA partir de los datos de la tabla 2 y de la ecuacin (4) halle los calores especficos de los bloques en la experiencia.

Muestra 1

Material: Muestra 2

Material:Muestra 3

Material:

ma120g 0.1120g 0.1120g 0.1

Ca

Ta22 0.0522 0.0523 0.05

mAluminio69 0.0551 0.0524 0.05

Tb98 0.0598 0.0598 0.05

Te27 0.0525 0.0525 0.05

CAluminio1.0291.0280.89

Eexprel0.0930.0600.217

Eexprel %12.908.3318.43

K1 = 859.8K2 = 1121K3 = 756Los porcentajes de error son pequeos, sin embargos el error del cobre y del aluminio pasan el 10%. Esto debido a los errores cometidos en el laboratorio, ya sea por el instrumento o por la inadecuada manipulacin de estos.

6.1 CUESTIONARIO1. Defina el calor especfico. Cul es la diferencia con capacidad calorfica?

Es unamagnitud fsicaque se define como la cantidad decalorque hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor especfico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra(minscula).De forma anloga, se define lacapacidad calorficacomo la cantidad decalorque hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra(mayscula).Por lo tanto, el calor especfico es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto es:dondees la masa de la sustancia. Adems:

El calor especfico es unapropiedad intensivade la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, lacapacidad calorficaes unapropiedad extensivarepresentativa de cada cuerpo o sistema particular.Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote demagnesioque para un lingote deplomo de la misma masa. El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsicoJoseph Black, quien realiz variadas medidascalorimtricasy us la frase capacidad para el calor.4En esa poca lamecnicay latermodinmicase consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra sertransferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser reemplazado.En el Sistema Internacional de unidades, el calor especfico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones tambin se expresa en caloras por gramo y grado centgrado. El calor especfico del agua es una calora por gramo y grado centgrado, es decir, hay que suministrar una calora a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centgrado.

2. Qu es un recipiente trmicamente aislado? Describirlo y explicar cmo funciona.

Sirve para determinar el calor especfico de un cuerpo por el mtodo de la fusin del hielo. Es un vaso cilndrico de hojalata barnizada sostenido por un trpode y terminado internamente por un embudo. En su interior se adapta otro vaso semejante terminado interiormente por un tubo con llave que atraviesa el vaso exterior. En una especie de rejilla metlica se coloca el cuerpo cuyo calor especfico se quiere determinar. En el interior de los vasos concntricos se pone hielo, y tambin en la cestilla. El calor que cede el cuerpo funde una cierta cantidad de hielo, que se mide abriendo la llave del depsito interno y recogiendo el agua fundida que se pesa. De esta manera, y conociendo la temperatura a la que seintrodujo el cuerpo, se puede medir su calor especfico.La llave del depsito externo es para dar salida al agua que despide el hielo del compartimento exterior. Posee una tapadera que permite cerrarlo perfectamente. Est aislado trmicamente del ambiente exterior. Un termmetro, que est siempre inmerso, marca la a temperatura da agua contenida en el calormetro. El esquema ilustra el funcionamiento. Se veun vaso lleno de agua revestido por un aislante trmico como el aire. En ese vaso est inmerso un termmetro que acusa, por ejemplo la temperatura de 20C. Se coloca fragmentos de un metal (por ejemplo, hierro a 60C) dentro del calormetro. La temperatura del agua, inicialmente de 20C, sube, porque el metal cede calor, hasta que las temperaturas del agua y de la esfera tengan el mismo valor t, de equilibrio. Este valor depende de diversos factores, entre los cuales la cantidad de agua presente en el calormetro, la masa de los fragmentos, las respectivas temperaturas del agua y del metal.Equivalente en aguaLo ideal sera que el aparato no intercambiase calor con el ambiente aunque en la prctica, apenas se intercambia calor debido al aislamiento. Cuando sumerge un cuerpo caliente en el agua del calormetro, este calienta tanto el agua como el recipiente, la parte inmersa del termmetro y el material aislante trmico en contacto con el recipiente. Se nota, asimismo, que no todo el calor es utilizado para calentamiento del agua. Imaginamos, entonces, que tenemos ms agua de la realmente contenida dentro del calormetro. Es posible, de ese modo, determinar una cantidad de agua ideal, equivalente a aquella parte del calormetro que es calentada. Mediremos esa cantidad de calor cedida al calormetro, y entonces determinaremos suequivalente en agua.El proceso es simple. Introduciremos al aparato una cantidad conocida de calor, vertindose, por ejemplo, una determinada masa de agua a cierta temperatura. De esa manera, es fcil calcular en que cantidad deber aumentar esa temperatura. El aumento real, entretanto, ser menor, pues el calor se disipa en las paredes del recipiente, del termmetro, del material aislante, etc. Para conseguir buenas medidas, es necesario homogenizar la temperatura del agua del calormetro, antes de leer el termmetro.

3. Qu es un calormetro?El calormetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. En un caso ideal de transferencia de calor se puede hacer una simplificacin: que nicamente se consideren como sustancias intervinientes a las sustancias calientes y fras entre las que se produce la transferencia de calor y no los recipientes, que se consideraran recipientes adiabticos ideales, cuyas paredes con el exterior seran perfectos aislantes trmicos (calormetro); el caso real ms parecido sera un termo o un saco de dormir con relleno de plumas. Se trata de un recipiente que contiene el lquido en el que se va a estudiar la variacin del calor y cuyas paredes y tapa deben aislarlo al mximo del exterior.4. Qu es un frasco Dewar?El frasco Dewar, tal y como se llamaba en 1890, nunca fue patentado por su inventor, el fsico britnico James Dewar. Lo consideraba como un revolucionario avance al servicio de la comunidad cientfica. Construy un recipiente con las paredes interior y exterior de cristal en un espacio donde se haba hecho el vaco. Para reducir todava ms la transferencia de calor recubri con plata la parte interior (el vaco elimina la propagacin de calor por conduccin y las paredes recubiertas con plata eran para evitar la prdida de calor por radiacin).

Los cientficos lo utilizaban los frascos Dewar para guardar vacunas y sueros a temperaturas estables e incluso transportar peces tropicales raros.

5. Cul sera la diferencia si en vez de agua usamos vino para determinar el calor especfico del aluminio?La diferencia entre el agua y el vino, bsicamente, es la densidad de cada producto.Por tanto, si usamos agua ser mayor la temperatura de ebullicin y en el vino que contiene etanol su temperatura de ebullicin es menor.

6. Investigue cuntos tipos de calormetros hay en el mercado y cul es el uso de cada uno de ellos.CALORIMETROS COMUNMENTE USADOSDry load calorimeterEl micro calormetro Calormetro de flujoOTROS TIPOS DE CALORIMETROSCalormetro adiabtico Calormetro de cambio de estadoCALORMETRO ADIABTICOLos calormetros adiabticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo: Cuando la generacin de calor es tan rpida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda durante el perodo en que se lleva a cabo la medida. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia trmica RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida est lo ms aislado posible. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo ms semejante posible a la de la celda. CALORMETRO DOUBLE DRYMuchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas.En teora los efectos de las fluctuacionesde la temperatura externa se cancelan debido a la simetra, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error.El elemento de absorcin de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dielctricos de bajas prdidas son usados para las versiones de guas de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en una posicin donde no es influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo sta una de las caractersticas distintivas de un calormetro y es esencial para su alta precisin.

CALORMETRO ISOPERIBLICOUn calormetro isoperiblico mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo. Existe una resistencia trmica RT, de magnitud definida entre los alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura entre estos (AT es igual a la temperatura de los alrededores y CT igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como AT es constante entonces el flujo de calor es una funcin de TC. Si la generacin de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los alrededores TA. La siguiente figura muestra un esquema de la disposicin de este tipo de calormetros.

7. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento.

I. Error debido al instrumento de medida. Error de diseo y fabricacin. Error por desgaste del instrumento.Debido a este tipo de errores se tienen que realizar verificaciones peridicas para comprobar si se mantiene dentro de unas especificaciones. Error por precisin y forma de los contactos.II. Error debido al operador (Alumno). Error de mal posicionamiento. Ocurre cuando no se coloca la pieza adecuadamente alineada con el instrumento de medida o cuando con pequeos instrumentos manuales se miden piezas grandes en relacin de tamao. Otro ejemplo es cuando se coloca el aparato de medida con un cierto ngulo respecto a la dimensin real que se desea medir. Error de lectura y paralaje. Cuando los instrumentos de medida no tienen lectura digital se obtiene la medida mediante la comparacin de escalas a diferentes planos. Este hecho puede inducir a lecturas con errores de apreciacin, interpolacin, coincidencia, etc. Por otra parte si la mirada del operador no est situada totalmente perpendicular al plano de escala aparecen errores de paralaje. Errores que no admiten tratamiento matemtico. Error por fatiga o cansancio.

III. Error debido a los factores ambientales. Error por variacin de temperatura. Los objetos metlicos sedilatancuando aumenta la temperatura y se contraen al enfriarse. Este hecho se modeliza de la siguiente forma.

Variacin de longitud = Coeficiente de dilatacin especfico x longitud de la pieza x variacin temperatura(L = .L.T........................)

8. Si tenemos una pieza recientemente construida y observamos que su temperatura se encuentra por encima de los 300 C, Cmo podemos medir su temperatura real si solamente tenemos un termmetro que mide como mximo hasta 150 C?