CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA – CUC Física calor y ondas 20!" FACULTAD FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA q
CALOR ESPEC#FICO DE UN SOLIDO Jesus Ayala Varela, Profesor: . Grupo – . Laboratorio de Física de Calor y Ondas, Corporación Universitaria de la CostaCUC, !arran"uilla
R$s%&$n La práctica de laboratorio se basó en tomar algnos ob!etos metálicos" como lo #eron$ El cobre" alminio % tngsteno e introdcirlos en aga con alta temperatra" casi en s pnto de ebllición % someterlos a n contacto t&rmico con aga a temperatra ambiente % esperar a 'e alcan(aran na temperatra constante % mediante los cálclos obtenidos con el e)perimento poder obtener el calor especi#ico de estos cerpos metálicos % as* poder conclir % comprobar los datos %a estiplados+
Pala'ras cla($s) Acero , tngsteno , cobre , ebllición , calor especi#ico , temperatra+
A's*rac* T-e laborator% practice .as based on ta/ing some metallic ob!ects" sc- as copper" copper" alminm and tngsten and introdcing t-em in .ater at -ig- temperatre" almost at its boiling point and sb!ecting t-em to t-ermal contact .it- .ater at room temperatre and .aiting #or t-em to reacconstant temperatre and t-rog- t-e calclations obtained .it- t-e e)periment to obtain t-e speci#ic -eat o# t-ese metallic bodies and t-s be able to conclde and 0eri#% t-e data alread% stiplated+
+$y,ords) 1teel 2 tngsten 2 copper 2 boiling 2 speci#ic -eat 2 temperatre+ Esta e)periencia se reali(a en el laboratorio de calor % ondas de la ni0ersidad de la costa" barran'illa+
- In*rod%cci.n Este in#orme trata sobre calor espec*#ico de n sólido+
2- O'/$*i(os ob!eti ti0o 0o de la 2-- O'/$*i(o O'/$*i(o $n$ral) $n$ral) El ob!e e)pe e)peri rien enci ciaa es dete determ rmin inar ar el calo calor r espec*#ico de n sólido 3cobre" alminio % tngsteno4 con el so de n calor*metro 2-2-O'/$*i(os $s1$cíicos)
Uno de los ob!eti0o es 'e con la a%da de materiales" e'ipos" #ormlas dadas % datos tomados" determinemos el calor especi#ico de tres solidos solidos 3cobre" alminio % tngsteno4 a lo largo de la e)periencia % a partir de ello comprender % ampliar más lo 'e sabemos sob sobre el tema tema e iden identi ti#i #ica carr prob proble lema mass relacionados con el calor especi#ico++
2-2-
1
Aplicar la Le% de e'ilibrio T&rmico a sistemas sistemas termodinámicos termodinámicos
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2-2-2 2-2-3
Reconocer el calor como na #orma de energ*a A#ian(aremos los conceptos de calor" temperatra" calor especi#ico" capacidad calor*#ica
3- 4arco *$.rico
I&a$n 2 intercambio de temperatra entre n cerpo A % no 8
E5%ili'rio *6r&ico) El e'ilibrio t&rmico es a'el estado en el cal se igalan las temperatras de dos cerpos" las cales" en ss condiciones iniciales presentaban di#erentes temperatras+ Una 0e( 'e las temperatras se e'iparan se sspende el #l!o de calor" llegando ambos cerpos al mencionado e'ilibrio t&rmino+
T$&1$ra*%ra) La temperatra es la sensación #*sica 'e nos prodce n cerpo cando entramos en contacto con &l+ 5bser0amos cambios en los cerpos cando cambian s temperatra" por e!emplo" la dilatación 'e e)perimenta n cerpo cando incrementa s temperatra+ Esta propiedad se sa para medir la temperatra de n sistema+ 6ensemos en los termómetros 'e consisten en n pe'e7o depósito de mercrio 'e asciende por n capilar a medida 'e se incrementa la temperatra+
I&a$n 3 E'ilibrio t&rmico
El calor*metro es n Calorí&$*ro) instrmento 'e sir0e para medir las cantidades de calor sministradas o recibidas por los cerpos+
I&a$n Amento de Temperatra
Calor) Cando dos cerpos A % 8 'e tienen di#erentes temperatras se ponen en contacto t&rmico" desp&s de n cierto tiempo" alcan(an la condición de e'ilibrio en la 'e ambos cerpos están a la misma temperatra+
I&a$n 7 Calor*metro 2
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de nestro planeta+ Como s ra*( etimológica %a lo anticipa" el tngsteno se caracteri(a por s dre(a+ Además" es m% denso % presenta el pnto de #sión más alto de la tabla periódica de elementos+
8$n$rador d$ (a1or) es na má'ina o dispositi0o de ingenier*a" donde la energ*a '*mica" se trans#orma en energ*a t&rmica a tra0&s de n proceso de combstión+
I&a$n Generador de 0apor
I&a$n : Cilindro de tngsteno
Calor $s1$cíico) es la cantidad de calor 'e -a% 'e sministrar a n gramo de na sstancia para 'e ele0e en n grado cent*grado s temperatra+ 9ole demostró la e'i0alencia entre calor % traba!o :cal;<+:=> 9+ 6or ra(ones -istóricas la nidad de calor no es la misma 'e la de traba!o" el calor se sele e)presar en calor*as+
Co'r$) El cobre es n elemento '*mico 'e pertenece al grpo de los metales % c%o nBmero atómico es + Este metal de transición 3por el lgar 'e ocpa en la tabla periódica de los elementos4 se caracteri(a por s brillo % s tonalidad ro!i(a+
El calor espec*#ico del aga es c;: cal?3g @C4+ a% 'e sministrar na calor*a para 'e n gramo de aga ele0e s temperatra en n grado cent*grado+ I&a$n ; Cilindro de cobre
Al%&inio) es n metal plateado" m% ligero" ben condctor % resistente a la o)idación" 'e no se encentra nnca libre en la natrale(a % se e)trae principalmente de la ba)ita+ I&a$n 9 Calor especi#ico Calor $s1$ciico C =
Q m∆ T
cal g℃
Ec%aci.n Calor especi#ico
I&a$n ! Cilindro de alminio
T%ns*$no) El tngsteno es n metal 'e se -alla como sal ó)ido en algnos minerales" an'e s presencia es redcida en la corte(a 3
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Ta'la calor especi#ico de los tres materiales
% posteriormente 0erterlos en el calor*metro+ 1e toma ne0amente s masaH el 0alor obtenido se le resto el inicial % el resltante #e la cantidad de aga en gramos+ 1e colocó el cilindro de cobre en la balan(a para obser0ar el 0alor de s masa" segidamente se le amarro n cordón % se s!etó con nas pin(as" lego de esto se lle0ó al generador de 0apor+ 1e introd!o el ob!eto completamente 3'e ningna de ss partes 'ede e)pesta4 en el aga contenida en la má'ina % se esperaron mintos+ Al cmplir el lapso de tiempo se retiró el sólido % se colocó dentro del calor*metro con la cantidad de aga pre2establecida" se agita cerpo de tal manera de tal manera 'e el calor se distrib%a al redor de todo el l*'ido % con la a%da de n termómetro digital poder obtener la temperatra e)acta+ Este proceso se repite para cada no de los cilindros+ Al tener cada no de los datos se rempla(aron en la ecación % se obt0o el calor especi#ico de cada ob!eto este se comparó con los comprobados cient*#icamente encontrados en la tabla :+
con 'e se traba!an+
&a*$rial$s
C
Cobre
"
Alminio
":
tngsteno
"
For&%la d$l calor $s1$cíico) #órmla tili(ada para calclar el calor especi#ico de n solido inicial −¿ T final T ¿ ¿
ms ¿ m a ca ( T
− T inicial ,a
)
C s= ¿ Ec%aci.n 2 calor especi#ico de n solido final
D.nd$) Cs$ Es el calor especi#ico de n sólido+ ma$ es la masa del aga+ Ca$ es la capacidad calórica de aga+ ms$ es la masa del sólido+ T$ temperatra del solido Ta$ temperatra del aga
7- D$sarrollo $?1$ri&$n*al I&a$n @ encender generador de 0apor
Inicialmente se encendió el generador de 0apor para 'e pdiese alcan(ar na temperatra óptima para la reali(ación de la e)periencia 3 @C4 además se le retiro la tapa para 'e el 0apor saliera % no se generara presión+ 6ara saber '& cantidad de masa de aga iba a ser empleada" se tomó el calor*metro 0ac*o 3'e no -biese ningBn resido de aga en el #ondo 'e pdiese alterar los resltados4 % se colocó en na balan(a electrónica con el #in de obtener s masa+ Lego con la a%da de na probeta se midieron e)actamente ml
I&a$n 0 medición de la masa del calor*metro
4
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Er ;
I 0,0320 −0,03 I 0,0320
; ">
Anlisis El 0alor obtenido correspondiente al calor espec*#ico de cada cilindro no #e e)acto+ En los tres casos se obt0o n m*nimo porcenta!e de error+ Al reali(ar esta práctica se pdo obser0ar 'e la temperatra #inal más di#*cil de encontrar #e la del tngsteno esto se atrib%e a las caracter*sticas propias de este elemento 'e son$ n pnto de #sión ele0ado !nto con na ba!a presión de 0apor" n alto módlo de elasticidad % na bena estabilidad t&rmica+
I&a$n medición de la masa de los cilindros
9- Anlisis d$ r$s%l*ados Clc%los d$ r$s%l*ados Ta'la 2 0alores e)perimentación
obtenidos
en
la
:- Concl%sion$s Co'r$
al%&inio
T%ns*$no
ms
:"=="g
:="g
":g
ma
"J
>">
"J
T inicial, s K
K
K
T inicial , a K
K
K
6odemos" a manera de conclsión" estiplar 'e los e)perimentos % prácticas 'e en este e!ercicio se lle0aron a cabo #eron de 0ital importancia para el entendimiento de la nidad re#erida al Calor espec*#ico de n sólido" conocer a pro#ndidad los elementos 'e -acen parte de n #enómeno #*sico es cla0e para el reconocimiento del mismo+ Lo 'e se mestra en el anterior traba!o #inalmente es 'e &ste se basó en determinar el calor espec*#ico de n sólido en este caso el alminio" cobre % tngsteno por medio de la #órmla general del calor espec*#ico de n sólido % tambi&n gracias a la e)periencia % datos ad'iridos en el laboratorio+
K >K JK Al emplear los 0alores en la taba dos se obt0o 'e$ T final
250,7 g ( 30 ℃ −25 ℃ )
Ccobre;
188,3 g ( 99 ℃ −30 ℃ ) I 0,093−0,096 I
Er ;
×
Calminio;
=¿ ">
Debimos tener algnos conceptos claros antes de reali(arlo como 'e es el calor" la temperatra" el e'ilibrio t&rmico" el calor espec*#ico" % #inalmente los sólidos con los cales traba!amos 3Alminio" cobre % tngsteno4+ allamos la ecación para calclar el calor espec*#ico de estos % dimos inicio a nestro e)perimento 'e se inclinó principalmente en -allar cada no de los datos para as* reempla(ar en la ecación %
: ; "
0,093 256,6 g ( 36 ℃−25 ℃ ) 198,9 g ( 99 ℃ −36 ℃ )
=¿
" Er ;
I 0,2150 −0,22 I
Ctngsteno ;
× : ; "
0,2150 253,7 g ( 27 ℃−25 ℃ ) 230,1 g ( 99 ℃ −27 ℃ )
; "
5
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Bi'lioraía -ttp$??...+sc+e-+es?sb.eb?#isica?estadistica? otros?calorimetro?calorimetro+-tm -ttp$??...+monogra#ias+com?traba!os?calor 2especi#ico?calor2especi#ico+s-tml -ttps$??m%#itness+com?0enta!as2%2 des0enta!as2del2poliestireno::=? -ttps$??...+ecred+c?Generadorde0apor -ttp$??ne.ton+cnice+mec+es?materialesdidacti cos?calorimetro?calorimetro+-tml -ttps$??...+plansee+com?es?materiales?tngst eno+-tml
obtener el calor espec*#ico de estos ob!etos dándonos para #inali(ar benos resltados
;- An$?os
Teniendo en centa el e'ipo 'e se tili(ó en la práctica indi'e 6or '& no se obt0o na concordancia e)acta en la pregnta anteriorM E)isten #actores 'e a#ectan los resltados e)perimentales en esta e)periencia se peden establecer algnos posibles casantes de errores como son$ 6&rdida de calor por parte de los sólidos al sacarlos del aga caliente % ponerlos en contacto con el medio ambiente antes de introdcirlos al calor*metro+ 6ara 'e la e)periencia salga me!or se recomienda el aislamiento del calor*metro con el medio ambiente+ Falta de precisión al tomar el registro de los pesos de los sólidos" el calor*metro % el aga+ 6or '& se tili(an 0asos de poliestireno 3icopor4 para ser0ir ca#&M El poliestireno está llano de brb!as de aire" es li0iano" resistente a la -medad % a los -ongos % no se pdre" además e0ita la trans#erencia de calor o #r*o debido a ba!a condcti0idad+ 6or '& la temperatra #inal de e'ilibrio no 'edo m% cerca de la temperatra del agaM E)pli'e+ no 'edo m% cerca a la temperatra del aga por'e se le introd!o n metal con na temperatra considerablemente alta % esto -i(o 'e la temperatra se disparara % sbiera -asta 'edar en e'ilibrio+
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