INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO

Tema: CALOR ESPECÍFICO

Integrantes: Peña Sotomayor María Victoria Salazar Cueva María Soledad Santín Gusmán Jessica Gabriela Tacuri Rojas Josselyn Amada

Fecha: 13 de julio de 2015

Resumen

La presente práctica de laboratorio con el tema calor específico tiene como objetivo

fundamental determinar el calor específico del agua, determinar la capacidad térmica

específica del agua y aplicar el principio de conservación de la energía. Por lo cual se

usa un calorímetro (vaso y agitador sin aislante) y se lo pesa en una balanza, luego se

usa agua fría en un vaso más hasta alrededor de la mitad de la capacidad del vaso y

pesamos, así por diferencia entre ambos determinamos la masa de agua fría.

Posteriormente todo esto colocamos en el vaso de Dewar aseguramos la tapa y con el

agitador haciendo contacto en la parte aislada agitamos para asegurarnos que toda la

masa alcance la temperatura de equilibrio, la cual medimos con el termómetro.

Posteriormente se calienta 150 cc de agua destilada en una mata de deslizamiento hasta

alrededor de 40° y con una pinza para vasos trasvasamos el agua caliente al vaso del

calorímetro y se mide la temperatura del agua caliente justo en el momento previo de

transferirla al vaso del calorímetro y se registra como temperatura del agua caliente. Se

agita lentamente el agua en el vaso del calorímetro y se registra la temperatura una vez

alcanzado el equilibrio. Por último se extrae del calorímetro el vaso, el agua de mezcla y

el agitador, se mide la masa y por diferencia de masas se determina la masa de la

sustancia caliente y se registra su valor.

Después de este proceso concluimos que las pérdidas no controladas de calor hacia el

ambiente están siempre presentes en las medidas experimentales en calorimetría e

implican una disminución inevitable de la precisión. Estas pérdidas son mayores cuanto

mayor es la diferencia de temperatura entre los materiales estudiados y el medio

ambiente (T.A. ≈ 22ºC), por lo que las diferencias de temperatura deben ser pequeñas.

Por otra parte, mayores diferencias de temperatura producen mayores intercambios de

calor, lo que mejora la precisión de las medidas. Por tanto, las temperaturas usadas en

esta práctica son un compromiso razonable entre ambos efectos contrapuestos.

Introducción:

El calor específico (c) de una sustancia se define como la energía calorífica necesaria

para que una cierta masa de esa sustancia, que inicialmente se encuentra a una cierta

temperatura, eleve ésta en un cierto incremento de temperatura [1] . Así pues, las

dimensiones de esta magnitud son:

Las unidades que se tienen en el numerador son normalmente julios o calorías (las

unidades de energía más utilizadas). La equivalencia entre ambas es 1cal = 4.18J[2] .

Las unidades de incremento de temperatura pueden ser, indistintamente, ºC o K, ya que

un aumento de temperatura de 1ºC equivale a un aumento de temperatura de 1K. El

flujo de calor que debe recibir una cierta masa de un fluido para aumentar su

temperatura en un cierto incremento de T se calcularía según la siguiente ecuación:

Donde: Q es el flujo de calor.

m es la masa de sustancia.

∆T es el incremento de temperatura que sufre esa sustancia.

La misma ecuación se utilizaría para calcular el flujo de calor desprendido por una

cierta masa de una sustancia que se enfría.

El calor específico del agua es 1cal/gºC [3]. Este valor es anormalmente alto debido a

las peculiaridades de esta sustancia. A modo de ejemplo, calculemos el flujo de calor

que sería necesario si tuviéramos 53g de agua inicialmente a 26ºC y deseáramos

aumentar su temperatura hasta 82ºC.

Cuando dos cuerpos que están a distinta temperatura se ponen en contacto se produce un

flujo de calor desde el que está a mayor temperatura hacia el que está a menor

temperatura hasta que ambas temperaturas se igualan. Se dice que se ha alcanzado el

equilibrio térmico:

El calor cedido del cuerpo que estaba a más temperatura es igual y de signo contrario al

calor ganado por el otro.

Figura 7 y 8: Obtenidas de http://fisicayquimicaenflash.es/eso/4eso/e_termica/e_termica03.html

Esto puede aplicarse al cálculo del calor específico de un material conociendo el calor

específico de otro, la masa de ambos, la temperatura inicial de ambos y la temperatura

de equilibrio en la práctica que se propone.

Materiales y métodosMateriales:

Figura nº1: Materiales usados dentro de la práctica

Calorímetro compuesto de:

Un recipiente metálico aislado térmicamente del exterior

Un recipiente de aluminio

Un agitador de aluminio con un aislante en la punta

Un corcho de plástico

Una tapa con agujeros para insertar el termómetro

Balanza

Pinza para vasos

Vaso de precipitados de 250 ml, 2 unidades

Manta de calentamiento

Termómetro de -10 a 150°C y -10 a 50°C

Papel secante

Papel Aluminio

Sustancias

Agua destilada

Métodos usados para la realización de la práctica:

1. Calentamiento del agua:

Para esto se debe de seguir los siguientes pasos:

a) Colocar en un vaso de precipitación aproximadamente 200 ml de agua destilada.

b) Situar el vaso de precipitación con agua destilada en la manta de calentamiento para

elevar la temperatura del agua alrededor de 40ºc, encender la manta y calentar la

disolución.

Figura nº2: Manta de calentamiento en funcionamiento

2. Peso del calorímetro

a) Pesar el vaso del calorímetro con el agitador para poder calcular después el

peso de los demás componentes por diferencia. Se registra los datos como masa

de aluminio.

b) Llenar el recipiente del calorímetro con agua destilada, cuidando no sobrepasar

la mitad de la capacidad. Pesar ahora el recipiente con el agua y encontrar el

peso del agua fría puesta.

c) Después se procede a colocar el vaso con agua y agitador en el frasco de Dewar

del calorímetro. Tapar el calorímetro y ubicar un termómetro en el calorímetro a

través de la tapa, medir la temperatura constantemente y registrarla cuando ya

no se aprecie cambio en su medida, registre como temperatura inicial del agua

y calorímetro.

Figura nº3: Peso del recipiente con el agua.

3.1.1 Mezcla calorimétrica

a) Sujetar el vaso de precipitación con una pinza.

Figura nº4: Vaso de precipitación al momento de transferirlo hacia el calorímetro.

b) Medir la temperatura del agua caliente justo antes de transferirla al vaso del

calorímetro y registrarla como temperatura del agua caliente.

Figura nº5: Medición de la temperatura.

c) Levantar la tapa del calorímetro y agregar el agua caliente al vaso del

calorímetro sin sobrepasar las 3/4 de la capacidad del vaso, taparla

inmediatamente.

d) Agitar lentamente sosteniendo la parte de arriba del agitador, justo donde está el

aislante y registrar la temperatura alcanzada en el equilibrio.

Figura nº6: Calorímetro

e) Extraer del calorímetro el vaso el agua de mezcla y el agitador. Medir la masa y

determinar la masa de la sustancia caliente; registrar su valor.

Resultados.

Mediciones de peso Primera vez Segunda vez Tercera vez

Recipiente de aluminio 47,36g 47,36g 47,36g

Vaso con agua fría 168,76g 167,77g 167,09g

Vaso con agua caliente 252,80g 257,66g 258,05

Mediciones de peso Primera vez Segunda vez Tercera vez

Agua fría 121,40g 120,41g 119,73g

Agua caliente 83,24g 89,8g 90,96g

Medición de temperatura Primera vez Segunda vez Tercera vez

Agua fría 24ºc 25ºc 24,5ºc

Agua caliente 51ºc 47ºc 45ºc

Punto de equilibrio 34ºc 33ºc 33ºc

Para calcular la masa del calorímetro en equivalente en masa de agua usamos la

siguiente fórmula:

K=m2t 2−t 3t 3−t 1

−m

Que se la obtuvo de:

Medición 1:

Equivalente de masa del agua

K=m2t 2−t 3t 3−t 1

−m1

K=83,24 g51ºc−34 ºc34 ºc−24 ºc

−121,40 g

K=83,24 g17 ºc10 ºc

−121,40 g

K=141,508 g−121,40 g

K=20,108 g

Capacidad térmica promedio del agua:

TE=34 °C

mc (Ti-Te)= mc (Te-Ti)

121,40g (1cal/g °C) (24°C-Te)= 83,24g (1 cal/g °C) (Te – 51°C)

2913,6°C – 121,40 Te = 83,24 Te – 4245,24°C

- 204,64 Te = -7158,84 °C

Te = 34,98°C

Error Porcentual:

Error absolutoEA=|P*-P|

EA=|34,98 °C – 34 °C | = 0,98 °CError relativoER= |EA / P|

ER= | 0,98 °C / 34 °C | = 0.029Error porcentualERP= ER*100

ERP= 0.029*100 = 2,9%

Medición 2:

Equivalente de masa del agua

K=m2t 2−t 3t 3−t 1

−m1

K=89,8 g47 ºc−33 ºc33 ºc−25 ºc

−120,41 g

K=89,8 g14 ºc8 ºc

−120,41 g

K=157,15 g−120,41 g

K=36,74 g

Capacidad térmica promedio del agua:

TE= 33 °C

mc (Ti-Te)= mc (Te-Ti)

120,41g (1cal/g °C) (25°C-Te)= 89,8g (1 cal/g °C) (Te – 47°C)

3010,25°C – 120,41 Te = 89,8 Te – 4220,6°C

- 210,21 Te = -7230,85 °C

Te = 34,4°C

Error Porcentual:

Error absolutoEA=|P*-P|

EA=|34,4 °C – 33°C | = 1,4 °CError relativoER= |EA / P|

ER= | 1,4 °C / 33 °C | = 0.042Error porcentualERP= ER*100

ERP= 0.042*100 = 4,2%

Medición 3:

Equivalente de masa del agua

K=m2t 2−t 3t 3−t 1

−m1

K=90,96 g45 ºc−33 ºc

33 ºc−24,5 ºc−119,73 g

K=90,96 g12 ºc8,5 ºc

−119,73 g

K=133,76 g−119,73 g

K=14,03 g

Capacidad térmica promedio del agua:

TE= 33 °C

mc (Ti-Te)= mc (Te-Ti)

119,73g (1cal/g °C) (24,5°C-Te)= 90,96g (1 cal/g °C) (Te – 45°C)

2933,385°C – 119,73g Te = 90,96g Te – 4093,2°C

- 210,69 Te = -7026,585 °C

Te = 33,35°C

Error Porcentual:

Error absolutoEA=|P*-P|

EA=|33,35 °C – 33 °C | = 0,35 °CError relativoER= |EA / P|

ER= | 0,35 °C / 33 °C | = 0.011Error porcentualERP= ER*100

ERP= 0.011*100 = 1,1%

Discusión de resultados. Hemos tenido como resultado la cantidad de agua caliente obtenida en la diferencia de la masa del calorímetro menos la masa del agua fría. Además obteniendo la temperatura del agua fría sometida en la manta térmica y la temperatura del agua caliente se pudo extraer la temperatura de equilibrio mezclando estas dos sustancias. Y por último pudimos determinar el error porcentual obtenido el error absoluto y el error relatico como se muestra en los resultados.

Recomendaciones:

La medición de la temperatura con el termómetro, es necesario observar siempre

con los ojos a la altura de la columna de mercurio del termómetro de tal manera

que se evitan errores de paralaje (desviación angular de la posición aparente de

un objeto, dependiendo del punto de vista elegido).

La medición de la temperatura con el termómetro debe ser cuando ya se haya

logrado el equilibrio térmico.

Usar pinzas para vasos al momento de trasvasar el agua caliente para evitar

quemaduras leves.

Bibliografía:

F. Cussó, C. López y R. Villar “Física de los procesos biológicos”, Cap. 9.

Primer principio de la Termodinámica. Ariel Ciencia (2004).

BIBLIOGRAPHYCalor Específico del agua. (s.f.). Recuperado el 12 de Julio de

2015, de http://euler.us.es/~niurka/NN/Calorimetro_v1.0.pdf

Laboratorio de Física. (2015). Recuperado el 12 de Julio de 2015, de

http://www.fisica.uson.mx/manuales/fis-gen/fisgen-lab09.pdf