UNIVERSIDAD NACIONAL“Santiago Antúnez de

mayolo”

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS, GEOLOGIA Y METALURGIA

LABORATORIO DE FISICA II

TEMA :¿QUÉ ES UNA CALORÍA?

PROFESOR : LIC. ELEUTERIO RAMÍREZ APOLINARIO

ALUMNO : SALVADOR CRUZ EDISON OVIDIO

CODIGO : 94-1557-6-AQ

HUARAZ, JULIO DE 2000.

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OBJETIVO

- Determinar el calor específico de diferentes metales.

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MARCO TEORICO

El calor específico de una sustancia, usualmente indicado por el símbolo “c”, es la

cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de un gramo de sustancia por un grado

centígrado. De la definición de caloría dad en el experimento anterior, podría verse que el calor

específico del agua es 1.0 cal/gr .0C.

Supongamos que medimos el cambio de temperatura T de un sistema de masa m

cuando se le cede una cantidad de calor Q, donde por el momento supondremos que la presión

del sistema se mantiene fija y no hay cambios de fase. Para pequeños cambios de temperatura

esperamos, y los experimentos lo demuestran, que el calor cedido al sistema y el cambio de

temperatura sean proporcionales. Además, para originar un cambio de temperatura, la cantidad

de calor cedida va a ser proporcional a la masa del sistema, es decir que el calor cedido a 2

Kg. de agua debe ser el doble del que debemos ceder a 1 Kg. de agua para causar el mismo

cambio de temperatura. Así pues, el calor cedido es proporcional a la masa y al cambio de

temperatura del sistema: Q mT, y esta relación se puede escribir en forma de ecuación

introduciendo una cantidad característica de cada sustancia. La capacidad calorífica específica

a presión constante CP se define en el caso límite de cambios infinitesimales de temperatura

como:

dQ = m.CP.dT

Generalmente se elimina la palabra “capacidad” y el nombre de esta magnitud queda

simplemente como “calor específico”, cuyas unidades, de acuerdo con la ecuación anterior, en

el sistema SI son : J.Kg-1.0K-1. Recordar que un cambio de temperatura expresado en 0K es

igual que dicho cambio expresado en 0C, así que la unidad de calor específico puede también

expresarse como: J.Kg-1.0C-1.

El subíndice en Cp recuerda que el calor se cedió a presión constante, mientras que si

el calor fuese cedido manteniendo el volumen constante debemos utilizar el calor específico a

volumen constante CV:

dQ = m.CV.dT

Para muchas sustancias y particularmente para gases, estos dos calores específicos

tienen valores apreciablemente distintos, lo cual significa que para producir el mismo cambio de

temperatura en una determinada cantidad de sustancia, se necesita cantidad de calor

dependiendo de si el proceso se realiza a presión constante o a volumen constante. En

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condiciones normales la mayoría de los sólidos y los líquidos tienen valores de CP y CV

aproximadamente iguales.

En este experimento se medirá el calor específico de varios metales, incluyendo al

Aluminio, Cobre y Plomo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Mida la masa del calorímetro usado. (Esta debería estar vacío y seco). Registre sus

resultados en la Tabla I.

2. Mida las masas de muestras de Aluminio, Cobre y Plomo. Registre las masas en la Tabla I.

3. Sujetar con un hilo a cada una de las muestras de metal y suspender a cada una de ellas

en el agua hirviendo. Deje unos pocos minutos hasta que las muestras se calienten

uniformemente. Ejecutar el paso 1 desde el principio hasta el final para cada muestra de

metal.

4. Llene el calorímetro con agua fría hasta aproximadamente la mitad del volumen del

calorímetro, use suficiente agua para cubrirlas muestras de metal.

5. Mida la temperatura del agua fría, registre su medición en la Tabla I.

6. Inmediatamente seguido a la medición de la temperatura trasladar la muestra de metal del

agua hirviendo (Tcal) y rápidamente suspender el metal dentro del agua fría en el

calorímetro(la muestra debería ser completamente cubierta pero no debería tocar la base

del calorímetro).

7. Agite el agua con el termómetro y registre la más alta temperatura alcanzada por el agua en

equilibrio térmico con la muestra de metal.

8. Inmediatamente después de tomada la temperatura, mida y registre la masa total del

calorímetro, agua y la muestra de metal.

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RESULTADOS Y CALCULOS

Tabla I. Datos de los ensayos.

Mediciones Ensayo 1 (Aluminio) Ensayo 2(Cobre)

Ensayo 3 (Plomo)

Masacal, frío 12.5 12.5 12.5Masa muestra 200 196.2 239Temperaturafría 12 12 12Temperaturacaliente 88 88 88Temepraturafinal 25 18.5 15.5Masa total 434.5 428.9 466.4

Aplicando las siguientes formulas en cada ensayo:

MH2O = Mfinal – (Mcal + Mmuestra)TH2O = Tfinal – Tfrío

TH2O = Tcal – Tfinal

Calor perdido por la muestra: (Mmuestra)(Ce)(Tmuestra)Calor ganado por el agua: (MH2O)(CeH2O)(TH2O)

Entonces:

Tabla de resultados.

Mediciones Ensayo 1 (Aluminio) Ensayo 2(Cobre)

Ensayo 3 (Plomo)

MH2O(gr) 222 220.2 214.9TH2O(0C) 13 6.5 3.5Tmuestra(0C) 63 69.5 72.5

Hallando los calores específicos para cada metal:

- Para el Aluminio:

(Mmuestra)(CeAl)( Tm) = (MH2O)(CeH2O)(TH2O)(200)(CeCu)(63) = (222)(1)(13)CeAl = 0.22905 cal/gr.0C ≈ 0.2 cal/gr.0C

- Para el Cobre:

(Mmuestra)(CeCu)( Tm) = (MH2O)(CeH2O)(TH2O)(196.2)(CeCu)(69.5) = (220.2)(1)(6.5)CeCu = 0.105 cal/gr.0C ≈ 0.1 cal/gr.0C

- Para el Plomo:

(Mmuestra)(CePb)( Tm) = (MH2O)(CeH2O)(TH2O)(239)(CeCu)(72.5) = (214.9)(1)(3.5)CePb = 0.0434cal/gr.0C ≈ 0.04 cal/gr.0C

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CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son los valores de los calores específicos de las muestras. Compare sus resultados con el calor específico del agua caliente?

Los valores de los calores específicos son:

- Para el Aluminio:

CeAl = 0.22905 cal/gr.0C ≈ 0.2 cal/gr.0C

- Para el Cobre:

CeCu = 0.105 cal/gr.0C ≈ 0.1 cal/gr.0C

- Para el Plomo:

CePb = 0.0434cal/gr.0C ≈ 0.04 cal/gr.0C

- El calor específico del agua es 1.0 cal/gr.0CLos calores específicos de los metales son menores al calor específico del agua.

2. Discutir alguna pérdida o ganancia de calor no deseada que podría haber afectado sus resultados.

- Los calorímetros utilizados no tienen tapa y se escapa calor a manera de vapor de agua.

- El traslado del metal del agua caliente al calorímetro de agua fría.

3. ¿Cuál es el principal problema que surge al medir el calor específico de una muestra con temperatura arriba de los 1000 C colocada en agua?

El agua es un cuerpo receptor de calor y cuando se coloca otro cuerpo con temperatura menor a 1000 C, se puede medir el cambio de temperatura sin provocar cambio de fase en el agua. En cambio si la temperatura de la muestra es mayor a 1000 C, esta ocasionaría cambio de fase en el agua, es decir no se puede medir la temperatura de equilibrio final, porque es mayor a 1000 C, y es cuando el agua se vuelve vapor de agua.

4. Un termo se construye con paredes dobles de vidrio plateado y formando un vacío en el espacio libre entre ellas. De algunas razones para justificar las paredes plateadas y el vacío entre las paredes.

Las paredes plateadas ayudan a hacer el sistema del termo adiabático, pero como ya se sabe no existe un sistema térmico adiabático perfecto, ya que siempre escapa calor y es por eso las paredes dobles. Además para que los cambios de temperatura externos al sistema no la afecten.

5. El cuerpo A tiene una mesa y un calor específico doble que el cuerpo B. Si se les proporciona las mismas cantidades de calor ¿cómo son en comparación sus variaciones de temperatura?

Como la temperatura es directamente proporcional a la masa entonces la variación de temperatura del cuerpo A es el doble a la variación de temperatura del cuerpo B.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Serway “Física” Volumen I. Editorial Mc Graw Hill. (1993)2. Tipler “Física” Volumen I. Editorial Reverté. (1993)

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