7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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INTRODUCCIN
El presente informe de laboratorio de fsica, que tiene por ttulo CALOR
ESPECIFICO la cual pertenece a la seccin que se encuentra bajo la
direccin del ing. Jos Pachas, profesor del curso de fsica II de la facultad de
ingeniera Mecnica
Con este experimento se pretende que el estudiante de ingeniera observe el
CALOR ESPECIFICO 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.
Tambin es una nueva oportunidad que tenemos los alumnos pertenecientesal grupo, para poder dar un aporte que sea til a nuestros compaeros, con
los cuales intercambiaremos informacin sobre el tema desarrollado,
resultados, y as sacar conclusiones, con las cuales sacar recomendaciones
para mejorar el experimento realizado.
Queremos agradecer a la facultad de ciencia por el prstamo de su laboratorio,
adems al ing. Jos Pachas por el tiempo brindado hacia nosotros y por su
conocimiento que nos transmite en cada experimento
Por ltimo esperamos que este trabajo sea de su agrado.
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OBJETIVOS
Determinar la capacidad calorfica de un calormetro. Determinar el calor especfico de diferentes muestras solidas mediante
el uso de un modelo dinmico sencillo.
Estudiar el efecto de la transferencia de calor entre el calormetro y lamuestra a analizar.
Verificar experimentalmente las distintas ecuaciones de cantidad decalor (Q).
Aplicar laLey de Equilibrio Trmico asistemas termodinmicos. Aplicar la conservacin de la energa en sistemas con transferencia de
calor.
Reconocer el calor como una forma de energa. Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor especfico,
capacidad calorfica.
http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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FUNDAMENTO TERICO
CALOR ESPECFICO
El calor especficoes unamagnitud fsica que se define como la cantidad de
calor que 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).
En forma anloga, se define lacapacidad calorfica como la cantidad decalor
que hay que suministrar a toda la extensin 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 la capacidad calorfica especfica, esto es
.
El calor especfico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es
representativo de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorfica es
unapropiedad 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 demagnesio que
para un lingote deplomo de la misma masa.
El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsico Joseph
Black,quien realiz variadas medidascalorimtricasy us la frase capacidad
para el calor. En esa poca lamecnicay latermodinmica se considerabanciencias independientes, por lo 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
reemplazado.
El calor especfico medio ( ) correspondiente a un cierto intervalo de
temperaturas se define en la forma:
http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_intensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_extensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Blackhttp://es.wikipedia.org/wiki/Plomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_extensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Propiedad_intensivahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADficahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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Donde es la transferencia de energa en forma calorfica entre el sistema y
su entorno u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una ncuando se
trata del calor especfico molar) y es el incremento de temperatura que
experimenta el sistema. El calor especfico ( ) correspondiente a una
temperatura dada se define como:
El calor especfico ( ) es una funcin de la temperatura del sistema; esto es,
. Esta funcin es creciente para la mayora de las sustancias (excepto paralos gases monoatmicosy diatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que
hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y slo estn accesibles a
medida que aumenta la temperatura. Conocida la funcin , la cantidad de
calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la
temperatura inicial Tia la final Tfse calcula mediante la integral siguiente:
En un intervalo donde la capacidad calorfica sea aproximadamente constante
la frmula anterior puede escribirse simplemente como:
Cantidad de sustancia
Cuando se mide el calor especfico en ciencia e ingeniera, la cantidad de
sustancia es a menudo demasa,ya sea engramos o enkilogramos,ambos delSI. Especialmente en qumica, sin embargo, conviene que la unidad de la
cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor especfico, el cual es un
cierto nmero de molculas o tomos de la sustancia. Cuando la unidad de la
cantidad de sustancia es el mol, el trmino calor especfico molarse puede
usar para referirse de manera explcita a la medida; o bien usar el trmino
calor especfico msico, para indicar que se usa una unidad de masa.
http://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Medidashttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Medidashttp://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mol7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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Conceptos relacionados
Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor
especfico y stas se denotan con sufijos en la letra c. El calor especfico de los
gases normalmente se mide bajo condiciones de presin constante (Smbolo:cp). Las mediciones a presin 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 expansin.
El cociente entre los calores especficos a presin constante y a volumen
constante para una misma sustancia o sistema termodinmico se denomina
coeficiente adiabtico y se designa mediante la letra griega (gamma). Este
parmetro aparece en frmulas fsicas, como por ejemplo la de lavelocidad delsonido en un gas ideal.
El calor especfico de las sustancias distintas de los gases monoatmicos no
est dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la
temperatura. Por lo tanto, debe especificarse con precisin la temperatura a la
cual se hace la medicin. As, por ejemplo, el calor especfico del agua exhibe
un valor mnimo de 0,99795 cal/(gK) para la temperatura de 34,5 C, en tanto
que vale 1,00738 cal/(gK) a 0 C. Por consiguiente, el calor especfico del agua
vara menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(gK) a 15 C, por lo que a
menudo se le considera como constante.
La presin a la que se mide el calor especfico es especialmente importante
para gases y lquidos.
UNIDADES
Unidades de calor
La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La
calora (cal) tambin se usa frecuentemente en las aplicaciones cientficas y
tecnolgicas. La calora 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 definicin basada en el
calor especfico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Coeficiente_adiab%C3%A1tico&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Joule_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Joule_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Monoat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_del_sonidohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Coeficiente_adiab%C3%A1tico&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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Unidades de calor especfico
En el Sistema Internacional de Unidades, el calor especfico se expresa en
julios por kilogramo y por kelvin (Jkg-1K-1); otra unidad, no perteneciente al
SI, es la calora por gramo y por kelvin (calg-1K-1). As, el calor especfico delagua es aproximadamente 1 cal/(gK) en un amplio intervalo de temperaturas,
a la presin atmosfrica; exactamente 1 calg -1K-1en el intervalo de 14,5 C a
15,5 C (por la definicin de la unidadcalora).
En los Estados Unidos,y en otros pocos pases donde se sigue utilizando el
Sistema Anglosajn de Unidades, el calor especfico 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
atmosfricas normales.
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 energacintica almacenada en estos grados de libertad internosno contribuye a la
temperatura de la sustancia sino a su calor especfico.
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Anglosaj%C3%B3n_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/British_thermal_unithttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_(unidad_de_masa)http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Fahrenheithttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_(unidad_de_masa)http://es.wikipedia.org/wiki/British_thermal_unithttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Anglosaj%C3%B3n_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADa7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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REPRESENTACIN ESQUEMTICA
Se usaron los siguientes materiales:
Un calormetro de mezclas.
Un termmetro.
Una olla para calentar agua.
Un soporte universal.
Un matraz de 200 250 ml.
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Una balanza.
3 piezas de material slido.
Un mechero Bunsen.
Una fuente de gas.
Un fsforo o un encendedor.
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DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DEL
CALORMETRO
Se coloca dentro del calormetro una cantidad de masa de agua a unatemperatura menor que la del medio ambiente.
Se deja que se establezca el equilibrio y medimos la temperatura deequilibrio
La temperatura de equilibrio fue
Ta= 23C
Medir un cierto volumen de agua y calentarlo en la olla hasta unatemperatura .
La temperatura de equilibrio Tb= 80C
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Se coloca una cantidad mbde esta agua en el calormetro.
Se deja que se establezca el equilibrio y medimos la nueva
temperatura de equilibrio
La temperatura de equilibrio fue:
T = 51,5C
CALOR ESPECFICO DE LOS SLIDOS
Se coloca una cantidad de masa de agua en el calormetro y se deja quese establezca el equilibrio.
Se mide la temperatura de equilibrio
La temperatura de equilibrio fue:
Ta= 23C
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Comenzamos usando la masa 1, cuyo masa fue de:m1= 76,9g
Sumergindolo en agua caliente, caliente un cuerpo slido hasta unatemperatura Tb
sumergiendo el slido
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Se eleva la temperatura del slido hasta una temperatura TbLa temperatura fue de:
Tb= 80C
Luego se sumerge el cuerpo a temperatura Tbdentro del agua que estcontenida en el calormetro a temperatura .
Se mide la temperatura de equilibrio
La temperatura de equilibrio fue:
T = 29C
Se repite estos pasos con los dos siguientes metales.1. Para la masa 2, cuya masa fue de:
m2= 111g
La temperatura de equilibrio fue:
T = 27C
2. Para la masa 3, cuya masa fue de:m3= 87,9g
La temperatura de equilibrio fue:
T = 28C
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CLCULOS Y RESULTADOS
DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DEL
CALORMETRO
PROBLEMA N1:
Con los datos experimentales determinaremos la capacidad calorfica del
calormetro.
SOLUCIN:
Teniendo en cuenta el fundamento terico
Calor ganado por un cuerpo = calor perdido por el otro
Por definicin:
Dnde:
: Calor ganado por el agua a 23.
: Calor ganado por el calormetro.
: Calor perdido por el agua a 80.
C : Capacidad calorfica.
Para el agua se sabe que:
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Ecuaciones:
()( ) ()( ) ()( )
()( ) ()( ) ()( )
CALOR ESPECFICO DE LOS SLIDOS
PROBLEMA N2:
A. Determinar el calor especfico de la masa 1.
Dnde:
: Calor ganado por el agua a 23.
: Calor ganado por el calormetro.
: Calor perdido por la masa 1 a 80.
Para el agua se sabe que:
En el problema N1 se calcul la capacidad calorfica del calormetro
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Ecuaciones:
()( ) ( ) () ( )
Pero:
; ;
()( ) ( ) ()( )
PROBLEMA N3:
B. Determinar el calor especfico de la masa 2.
Dnde:
: Calor ganado por el agua a 23.
: Calor ganado por el calormetro.
: Calor perdido por la masa 1 a 80.
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Para el agua se sabe que:
En el problema N1 se calcul la capacidad calorfica del calormetro
Ecuaciones:
()( ) ( ) () ( )
Pero:
; ;
()() ( ) ()( )
PROBLEMA N4:C. Determinar el calor especfico de la masa 3.
Dnde:
: Calor ganado por el agua a 23.
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: Calor ganado por el calormetro.
: Calor perdido por la masa 1 a 80.
Para el agua se sabe que:
En el problema N1 se calcul la capacidad calorfica del calormetro
Ecuaciones:
()( ) ( ) () ( )
Pero:
; ;
()() ( ) ()( )
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OBSERVACIONES
Es importante distinguir entre capacidad calorfica y calor especfico, elprimer trmino alude al objeto y el segundo al material del cual est
hecho.
La tapa del calormetro no es muy hermtica, por lo que el medioinfluye en cierto modo en la temperatura de equilibrio.
La probeta tiene un margen de error en la medicin, as que la cantidadde agua en equilibrio no es exacta.
Las piezas metlicas calentadas no llegaban a variar considerablementela temperatura del agua.
Se observa que cada vez que transvasamos el agua, se pierdeaproximadamente 1g de agua.
No llegamos a utilizar el dato de la temperatura del medio ambiente, amenos que sea para cerciorase que la temperatura agua es menor a la
temperatura del medio ambiente.
Estamos incurriendo a un error en los clculos, pues no consideramosla prdida de la temperatura del metal en el momento que se retira del
sistema que le entrega calor para despus sumergirlo en el sistema de
prueba.
Se observ que luego de calentar el agua y apagar el mechero, lamedida que se observaba en el termmetro disminua rpidamente en
aproximadamente 5 a 10 C, luego segua disminuyendo pero ms
despacio (de manera casi imperceptible).
En nuestros clculos no hemos incluido el calor que absorbe el metaldel termmetro.
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RECOMENDACIONES
Se recomienda el uso de guantes aislantes del calor, para prevenircualquier accidente de quemadura, ya que se trabaja a temperaturas
mayores a 50C.
Se recomienda que la experiencia se realice con mucho cuidado yrapidez para que al momento de vaciar el agua al termo no se disipe
mucho calor al medio exterior.
Se recomienda hacer el experimento tres veces para as trabajar conmayor precisin y que el resultado se aproxime ms al real.
Para la primera parte de la experiencia, se recomienda humectar laollita antes de vaciar el contenido de la probeta a fin de compensar lasprdidas de masa de agua.
Se recomienda calentar el agua de manera moderada y de preferenciamenos de 100C.
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CONCLUSIONES
En el clculo del calor especifico de las muestras slidas (fierro,aluminio, plomo) se encontr que nuestros valores hallados distan
considerablemente de los valoras promedio encontrados en los textos de
fsica. Pese a esto se guarda una correcta proporcin en los resultados.
El calor es energa que es transferida de un sistema a otro, debido a quese encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razn, al
poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor
temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio
trmico.
Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenarenerga interna al igual que para absorber energa y una buena parte
de la energa hace aumentar la intensidad de las vibracin de las redes
atmicas y este tipo demovimiento es el responsable del aumento en la
temperatura.
Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y T se consideranpositivas, lo que corresponde a que la energa trmica fluye hacia el
sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y T son negativas y la
energa trmica fluye hacia fuera del sistema.
El equilibrio trmico se establece entre sustancias en contacto trmicopor la transferencia de energa, en este caso calor; para calcular la
temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservacin de
energa ya que al no efectuarse trabajo mecnico la energa trmica
total del sistema se mantiene.
Se concluye que los tres tipos de materiales tienen diferentes valores, deacuerdo a sus propiedades fsicas.
http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/el-trabajo/el-trabajo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos36/conservacion-energia-mecanica/conservacion-energia-mecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml7/22/2019 INFORME DE LABORATORIO CALOR ESPECIFICO DE LOS SOLIDOS
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BIBLIOGRAFA
FSICA UNIVERSITARIA VOLUMEN I, Sears, Zemansky, Young,Fredman, Pearson.
FSICA VOLUMEN I, Tipler, Mosca, Revert. FSICA GENERAL, Burbano. FSICA II, Leyva Naveros, Moshera. Resnik Halliday Krane (2002). Fsica Volumen 1. Serway Jewet (2003). Fsica 1. Thomson. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/tb01_calor.php
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APNDICE
Tabla de Calor
Material Especfico (Ce) Fusin (lf) Vaporizacin (lv)
Kcal/kg.C kJ/kg.K kJ/kg kJ/kgAceite de OlivaAceroAguaAlcoholAlpacaAluminioAntimonioAzufreBronceCadmio
Carbn MineralCarbn VegetalCincCobaltoCobreCromoEstaoter etlicoFenolGlicerinaHierroLadrillo
RefractarioLatnManganesoMercurioMicaNaftalinaNquelOroParafinaPlataPlatino
PlomoPotasioToluenoVidrio
0,4000,1101,0000,6000,0950,2170,0500,1790,0860,056
0,3100,2010,0930,1040,0930,1080,0600,540-0,5800,1130,210
0,0940,1100,0330,210-0,1100,0310,7780,0560,0310,031
0,0190,3800,200
1,6750,4604,1832,5130,3980,9090,2100,7500,3600,234
1,3000,8400,3890,4350,3890,4520,2502,261-2,4300,4730,880
0,3940,4600,1380,880-0,4610,1303,2600,2350,1300,130
0,0801,5900,838
-205335--37716438-46
--11724317259113113109176--
16815511,7-1512346714710911323
59--
--2250880------
------------
--281--------
-365-
Equivalencias:
1 kJ/kg.K = 0,2388 kcal/kg.C
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