“Año de la Consolidación del Mar de Grau”
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS TEMA: CALORES ESPECIFICOS CURSO
:
Laboratorio de Física II PROFESOR
:
ALUMNOS
Lic. Fanny Mori Escobar :
Leon Thupa Saul
15070120
Lopez Antayhua Karla 15070032 Cornelio Vidal Ruth
15070134
Mallma Camac Nataly
14170255
HORARIO
:
Lunes 6 - 8 pm
FECHA DE EJECUCIÓN:
13-06-16
Ciudad Universitaria, 13 de junio junio del 2016
INTRODUCCION
Las moléculas tienen una estructura interna porque están compuestas de átomos que contienen diferentes formas de moverse en las moléculas. La energía cinética almacenada en estos grados de libertad internos no atribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor específico. El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorífica es una extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa. El término "calor específico" tiene su origen en el trabajo del físico Joseph Black, quien realizó variadas medidas calorimétricas y usó la frase “capacidad para el calor”. En esa época la mecánica y la termodinámica se consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el término podría parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podría ser transferencia de energía calorífica específica, pero el término está demasiado arraigado para ser reemplazado.
1. OBJETIVOS
Determinar el calor específico de objetivos sólidos, mediante el método de mezclas. Aplicar la conservación de la energía en sistemas con transferencia de calor. Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor específico, capacidad calorífica.
2. MATERIALES: o o o o o o
1 Equipo de calentamiento 1 Clamp 1 Soporte universal 1 Varilla metálica 1 Calorímetro de mezclas 1 Termómetro
o o o o
1 Probeta graduada, 100 ml Balanza Agua potable 3 Muestras metálicas
3. PARTE TEORICA: Calor específico: La capacidad calorífica específica, calor específico o capacidad térmica específica es una magnitud física que se define como la cantidad de calor qu e hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad. En general, el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial. Se le representa con la letra c (minúscula). De forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que se debe 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
C (mayúscula).
Por lo tanto, la capacidad calorífica específica es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa, esto es:
= ⁄ ,donde
m
es la masa de la sustancia.
El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa. El término "calor específico" tiene su origen en el trabajo del físico Joseph Black, quien realizó variadas medidas calorimétricas y
usó
la
frase
“capacidad
para
el
calor”. En
esa
época
la mecánica y
la termodinámica se consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el término podría parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podría ser transferencia de energía calorífica específica, pero el término está demasiado arraigado para ser reemplazado
Ecuaciones básicas:
̂
La capacidad calorífica específica media ( ) correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas (ΔT) se define en la forma:
̂ = ×∆
Q: transferencia de energía en forma calorífica. m: masa del sistema : Variación de la temperatura
∆
El calor específico (c) correspondiente a una temperatura dada se define como:
La capacidad calorífica específica (c) es una función de la temperatura del sistema; esto es c(T) . Esta función es creciente para la mayoría de las sustancias. Esto se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y solo estén accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la función c(T) , la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial a la final se calcula mediante la integral siguiente:
= ∫
En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse simplemente como:
= ∆
La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es directamente proporcional a la variación de la temperatura T.
= ´ ∆ ∆´
También, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa m.
= ´ ′
La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se utilizará el método de mezclas y el proceso de medida se realizará a presión constante. Determinación del equivalente en agua del calorímetro (K) :
Sea una porción de agua de masa m a dentro de un calorímetro de masa mcal ambos a una temperatura Ta. Sobre este conjunto se vierte agua de masa mb que inicialmente se encuentra a temperatura Tb > Ta. Considerando c a el calor específico del agua, c cal el calor específico del calorímetro se deja que se equilibre el proceso de la mezcla a una temperatura llamada de equilibrio Te:
( − ) + ( − ) = ( − ) Consideramos:
= , despejando k: ) − = ((− − )
Determinación del calor específico de un metal:
Para determinar el calor específico de un metal se usa una porción de agua de masa ma dentro de un calorímetro con equivalente en agua K ambos a una temperatura Ta. Sobre este sistema se sumerge dentro del agua un metal de masa mmetal que inicialmente se encuentra a temperatura Tb > Ta. Considerando c a el calor específico del agua, cmetal el calor específico del metal se deja que se equilibre el proceso de la mezcla a una temperatura llamada de equilibrio Te. Luego en el balance se tiene:
( − ) + ( − ) = ( −)
+ )( − ) = ( ( − )
Capacidad calorífica de sólidos, líquidos y gases
Desde que se empezaron a medir la capacidad calorífica de diferentes sustancias se apreciaron algunas generalizaciones importantes. Muchos sólidos tenían una capacidad calorífica cercana a 3R de acuerdo con la ley de Dulong-Petit. El Modelo de Debye basado en aspectos cuánticos del problema de transmisión de calor dentro de una red cristalina finalmente dio una explicación convincente de la ley empírica de Dulong-Petit. Muchos gases tenían capacidades caloríficas ce rcas a γ R/2 (donde γ es un número entero dependiente de la estructura molecular del gas).
4. PROCEDIMIENTO: MONTAJE: Determinación del equivalente en agua del calorímetro
I.
II.
Monte el equipo como muestra el diseño experimental de la figura.
Coloque en el calorímetro una masa de 150g de agua (para la medida del volumen utilice la probeta graduada).
III.
Tome la temperatura en el calorímetro.
IV.
Mida la masa de la primera muestra cilíndrica y complete la tabla 1.
TABLA 1
V.
m agua
150 g ± 0.05
ta
23°C ± 0.05
m cal
194,3g ± 0.05
t cal=a
23 °C ± 0.05
Deposite la muestra en el vaso de precipitados que contiene 500 ml de agua y sométala a la acción térmica, hasta que alcance la temperatura de ebullición.
VI.
VII.
Deje hervir la muestra de 7 a 10 minutos.
Retire la muestra del agua caliente e introdúzcala rápidamente en el calorímetro. Tápelo inmediatamente. Anote la temperatura en el momento que llegue al equilibrio Te.
VIII.
Realice la misma operación con muestras de sustancias diferentes. Coloque en el vaso con agua en hervor una muestra cada vez.
IX.
Complete la Tabla y determine el calor específico de las muestras. No olvide acompañar a cada valor de su error experimental.
TABLA 2 BLOQUE
MUESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3
Ta (°C)
22.5 ± 0.05
21± 0.05
22 ± 0.05
Tb (°C)
100± 0.05
100± 0.05
99.5± 0.05
Te (°C)
23.5± 0.05
25 ± 0.05
24 ± 0.05
Mmetal (g)
71.5± 0.05
70.6± 0.05
23,9 ± 0.05
c (cal/g. °C) Teórico
0.0371 cal/g. °C
0.1535 cal/g. °C
0.07428cal/g. °C
NOTA: Los calores específicos teóricos son a la temperatura ambiente en la que las muestras estaban en el laboratorio.
5. EVALUACION 1) A partir de los datos de la tabla 2 y de la ecuación (4) halle los calores específicos de los bloques
utilizados en la experiencia.
Calores específicos
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
0.0371545
0.153522
0.07428
6. TAREA
1. Defina el calor específico de un material. ¿Cuál es la diferencia con capacidad calorífica? 2. ¿Qué es un recipiente térmicamente aislado? Describirlo y explicar cómo funciona. 3. ¿Qué es un calorímetro? 4. ¿Qué es un frasco Dewar? 5. ¿Cuál sería la diferencia si en vez de agua usamos vino para determinar el calor específico del aluminio? 6. Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mer cado y cuál es el uso de cada uno de ellos. 7. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento. 8. Si tenemos una pieza recientemente construida y observamos que su temperatu ra se encuentra por encima de los 300°C, ¿Cómo podemos medir su temperatura real si solamente tenemos un termómetro que mide como máximo hasta 150 °C? 9. Busque los valores teóricos de los calores específicos de los bloques trabajados en clase y halle el error porcentual con los valores que Ud. halló en el laboratorio. Si el error le sale mayor a 10%, justifique ¿por qué?
7. CONCLUSIONES
El calorímetro es un instrumento muy útil para determinar calores específicos desconocidos de determinados cuerpos. También se concluye que para cuerpos con mayor calor específico requieren más calor para calentarlos y los de menor calor específicos menor calor. El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio térmico.
