Facultad de ingeniería industrial y de sistemas
Informe de Laboratorio Nº5
Informe de Laboratorio Nº5
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
CURSO : Fisica I (CB 302 U )PROFESOR : San Bartolome Montero JaimeINTEGRANTES : Baldera Alvarado Jhair Enrique 20120112eLino Yupanqui Luis Hernan 20122046jLopez Zamudio Lizeth Kendy 20124050dGamarra Padilla Justo Isaac 20124060j FECHA DE ENTREGA : 01-07-2013 LIMA – PERU 2012CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS
CURSO : Fisica I (CB 302 U )
PROFESOR : San Bartolome Montero Jaime
INTEGRANTES :
Baldera Alvarado Jhair Enrique 20120112e
Lino Yupanqui Luis Hernan 20122046j
Lopez Zamudio Lizeth Kendy 20124050d
Gamarra Padilla Justo Isaac 20124060j
FECHA DE ENTREGA : 01-07-2013
LIMA – PERU
2012
CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS
CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS
1.- OBJETIVOS
Determinar el calor específico de muestras sólidas.
Determinar la capacidad calorífica del calorímetro en forma experimental.
2.- FUNDAMENTO TEÓRICO
La Termodinámica es el campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos (conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable) de materia y energía. El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse mediante variables termodinámicas, propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen.
Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de expansión térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa de un sistema y de su relación con el entorno. Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene lugar un proceso termodinámico.
La Termoquímica es parte de la termodinámica química que trata exclusivamente de la energía calorífica que acompaña a un proceso químico es decir estudia las leyes y fenómenos térmicos en las combinaciones químicas.
Q = ce. m. (Tf - Ti)CALORÍA
Q = ce. m. (Tf - Ti)
Es la cantidad de calor que debe entregarse o quitarse a un gramo de agua para variarle su temperatura en un grado Celsius. Matemáticamente podemos definirlo así.
Donde:
Q : calor
m : masa de la sustancia
ce : calor específico de la sustancia
Tf : Temperatura final
Ti : temperatura inicial
CAPACIDAD CALORÍFICA DE UNA SUSTANCIA
Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de cualquier sustancia en 1ºC ó 1K (J/K)
Matemáticamente para nuestro interés define así:
Cc : capacidad calorífica.
Q : calor
Tf : Temperatura final
Ti : temperatura inicial
CALORÍMETRO
Es un recipiente que se usa para calcular calores específicos. Éste recipiente está aislado convenientemente para evitar pérdida de calor.
Primera ley de la termodinámica: Ley de la conservación de la energía:
Q ganado = Q perdido
Equivalente a: Q ganado + Q perdido = 0
Donde:
Q ganado es (+)
Q perdido es (-)
En general se da para más de una sustancia que pierden y ganan calor.
CALOR
Se designa con el nombre de calor (Q) a la energía en tránsito que fluye desde una parte de un sistema a otra o de un sistema a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperatura. Por convención se considera que Q es positivo cuando es absorbido por el sistema y negativo en caso contrario. El calor Q no es función de las variables termodinámicas sino que depende de la trayectoria. Es decir que el calor intercambiado en un proceso infinitesimal es un diferencial inexacto.
Cuando un sistema absorbe (o cede) una determinada cantidad de calor puede ocurrir que:
Experimente un cambio en su temperatura.
Experimente un cambio de fase a temperatura constante.
Caso en que el intercambio de calor ocasiona cambio de temperatura
Si durante la absorción de Q unidades de calor, un sistema experimenta un cambio de temperatura de ti a tf , se define como capacidad calorífica media del sistema a la razón :
Si tanto Q como tf - ti se hacen cada vez menores, esta razón tiende hacia la capacidad calorífica instantánea o, simplemente, capacidad calorífica:
Se denomina capacidad calorífica específica o calor específico de un sistema a su capacidad calorífica por unidad de masa o mol y se la designa con c, de modo que C = m c.
El calor específico de una sustancia puede ser negativo, positivo, nulo o infinito, dependiendo del proceso que experimente el sistema durante la transferencia de calor. Sólo tiene un valor definido para un proceso determinado. Por lo tanto, la capacidad calorífica de un sistema depende tanto de la naturaleza del sistema, como del proceso particular que el sistema experimenta.
La capacidad calorífica en un proceso durante el cual el sistema se somete a una presión hidrostática externa constante, se denomina capacidad calorífica a presión constante y se representa por Cp. El valor de Cp para un sistema determinado depende de la presión y de la temperatura. Si el sistema se mantiene a volumen constante mientras se le suministra calor, la capacidad calorífica correspondiente se denomina capacidad calorífica a volumen constante y se representa por Cv. Debido a las grandes tensiones que se producen cuando se calienta un sólido o un líquido al que se le impide su expansión, las determinaciones experimentales de Cv en sólidos y líquidos son difíciles y por ello se mide generalmente la magnitud Cp.
La cantidad total que fluye en un sistema en cualquier proceso viene dado por:
Dentro de un intervalo de temperaturas en el cual C puede considerarse constante:
Cuanto mayor es la capacidad calorífica del sistema, menor es la variación de temperatura para un flujo determinado y, en realidad, haciendo la capacidad calorífica lo suficientemente grande, la variación de temperatura puede hacerse tan pequeña como se desee. Un sistema cuya capacidad calorífica es muy grande se denomina fuente térmica y se caracteriza por el hecho de que se le puede entregar o quitar cualquier cantidad de calor sin que se produzca en él una variación de temperatura apreciable. Una forma de obtener una fuente térmica es tomar una gran masa de sustancia (por ejemplo, el mar o un río pueden considerarse como tal).
Caso en que el intercambio de calor ocasiona un cambio de fase sin cambio de temperatura
Se han considerado anteriormente los cambios de fase correspondientes a sustancias puras; pero no se ha hecho hasta el momento, ninguna referencia al trabajo o calor que acompañan a dichos procesos.
Considérese un tramo de la curva pV de un proceso isotérmico en la región sólido-líquido, en la líquido-vapor o en la sólido-vapor. Si se entrega calor al sistema, esta energía se utilizará en el cambio de fase,
sin que el sistema experimente un cambio de temperatura. La razón entre el calor absorbido Q y la masa m del sistema que experimenta el cambio de fase se denomina calor latente de transformación l . Es decir que:
CALOR ESPECÍFICO
El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica específica de una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor. Matemáticamente el calor específico es la razón entre la capacidad calorífica de un objeto y su masa.
El calor específico se define de la siguiente forma:
Donde es el calor que se entra o sale de la sustancia, es la masa (se usa una n cuando la medición es molar), es el calor específico de la sustancia, y es el incremento de temperatura.
3.- EQUIPOS Y MATERIALES
Un calorímetro de mezclas: El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.
Un termómetro.
Un mechero a gas.
Una olla para calentar agua.
Un soporte universal.
Un matraz de 200 ó 250 ml./ una probeta
Una balanza.
3 piezas de materias sólido.
Aluminio Plomo Hierro
Agua.
4.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Determinar la capacidad calorífica (o equivalente en agua) del calorímetro
Coloque dentro del calorímetro una cantidad de agua a temperatura menor que la temperatura del ambiente
Deje que se establezca el equilibrio y mida la temperatura en este instante (T1)
Caliente el agua en la olla a una temperatura (T2) y coloque una cantidad de esta agua en el calorímetro
Mida nuevamente la temperatura de equilibrio T
Calor específico de los sólidos
Coloque una cantidad de agua en el calorímetro y deje que se establezca el equilibrio. Mida la temperatura (T1)
Sumergiendo en agua caliente, eleve la temperatura del sólido hasta una temperatura T2
Sumerja el cuerpo a temperatura T2 dentro del agua a temperatura T1 y mida la temperatura de equilibrio T
5.- DATOS EXPERIMENTALES
.
Para la determinación de la capacidad calorífica del calorímetro
Masa del calorímetro (Kg)
0,446 Kg
Masa de agua (Kg)
0,160 Kg
Temperatura de Equilibrio (Ta) ºK
293 K
Masa de agua temperatura Tb
0,160 Kg
Temperatura de equilibrio T
320 K
Capacidad calorífica del calorímetro
35.5 cal
Para el cálculo de los calores específicos de los sólidos.
Solido de metal
hierro
Plomo
alumino
Masa del sólido
0.1184Kg
0.0921Kg
0.0195Kg
Masa del calorímetro
0.446Kg
0.446Kg
0.446Kg
Masa del calorímetro con agua
0.606Kg
0.606Kg
0.606Kg
Masa de agua
0.160Kg
0.160Kg
0.160Kg
Calor especifico del calorímetro (J/Kg°K)
35.5
35.5
35.5
Temperatura inicial del solido (°K)
338
327
325
Temperatura inicial del agua (°K)
293
293
293
Temperatura inicial del calorímetro (°K)
293
293
293
6.- ANÁLISIS DE DATOS
Para el cálculo de los calores específicos de los sólidos.
Para el Hierro:
Cambio de temperatura del agua
7°K
Cambio de temperatura del calorímetro
7°K
Calor ganado por el agua
1.120Kcal
Calor ganado por el calorímetro
0.2485Kcal
Total de calor ganado
1.3685 Kcal
Calor perdido por el sólido
1.3685 Kcal
Cambio de temperatura del solido
-38°K
Con los datos obtenidos, y aplicando la siguiente ecuación:
Ce =Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
Ce =
maluminio(T2-Tm)
El calor específico del hierro es:
Ce
0.098 Kcal/Kg°k
El error experimental es:
Para el Plomo:
Cambio de temperatura del agua
4°K
Cambio de temperatura del calorímetro
4°K
Calor ganado por el agua
0.640Kcal
Calor ganado por el calorímetro
0.142Kcal
Total de calor ganado
0.782 Kcal
Calor perdido por el sólido
0.782Kcal
Cambio de temperatura del solido
-26K
Con los datos obtenidos, y aplicando la siguiente ecuación:
Ce =Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
Ce =
maluminio(T2-Tm)
El calor específico del Plomo es:
Ce
0.051kcal/kg°k
El error experimental es:
Para el Aluminio:
Cambio de temperatura del agua
2°K
Cambio de temperatura del calorímetro
2°K
Calor ganado por el agua
0.320Kcal
Calor ganado por el calorímetro
0.071Kcal
Total de calor ganado
0.391 Kcal
Calor perdido por el sólido
0.391 Kcal
Cambio de temperatura del solido
-28°K
Con los datos obtenidos, y aplicando la siguiente ecuación:
Ce =Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
Ce =
maluminio(T2-Tm)
El calor específico del aluminio es:
Ce
0.188Kcal/Kg °k
El error experimental es:
RECOMENDACIONES
Se debe usar una rejilla de asbesto al momento de calentar el agua para que el calor se distribuya uniformemente por toda la olla y no calculemos una temperatura caliente de los sólidos errónea.
Procurar que la llama del mechero no sea muy fuerte; además debe mantenerse uniforme.
Para medir la temperatura, previamente hay que agitar bien el agua que contiene el recipiente.
El calorímetro debe estar calorifugado (debe ser lo más "adiabático" posible).
Para determinar la capacidad calorífica del calorímetro hay que medir primera el volumen de agua antes de calentarla y no al revés.
7.- CONCLUSIONES
El incremento de temperatura de los cuerpos cuando se calientan es aproximadamente proporcional a la energía suministrada.
Es demostrado que masas iguales de distinta naturaleza y a igual temperatura, almacenan distinta cantidad de calor; para cuantificar este fenómeno hay que hacer uso del concepto de calor específico.
La temperatura final que se halla teóricamente varia un poco respecto a la que se obtiene por medio del sensor de temperatura (termómetro), pues en ocasiones la temperatura medida, varía un poco.
Demostramos que cuando se pone en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, se producirá una "pérdida de calor" del cuerpo a mayor temperatura (o más caliente) y una "ganancia de calor" del cuerpo a menor temperatura (o más frío); esto es lo que dice el principio de conservación de la energía. Si los dos cuerpos tienen la misma temperatura, no habrá pérdida ni ganancia de calor.
BIBLIOGRAFÍA
SERWAY, BEICHNER." FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA." Tomo II. Ed. Mc-Graw Hill, 5ta. Edición
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
www.es.encarta.msn.com/encyclopedia_ 761560839/Calorimetría.html
www.uned.es/094258/contenido/ tecnicas/calorimetria/calorimetria.htm
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ estadistica/otros/latente/latente.htm
www.fis.puc.d/-jalfaro/fis1522/OndsyCalor/termo1/termo1/html
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