Informe Final Labo 4 (1)

INTEGRANTES:

MARCO BRAVO SANTIVAÑEZ KEVIN INCISO POMA RONALD CERNA MILLA

PROFESOR:

WALTER HUALPA GUTIERREZ

LABORATORIO N° 4 CAPACIDAD CALORIFICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENERIA

FACULTAD DE INGENRIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

2014-II

FISICA II M2

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UNVERSIDAD NACIONAL DE INGENERIA 2014-II FACULTAD DE INGENERIA ELECTRICAY ELECTRONICA

I.OBJETIVO:

OBJETIVO GENERAL:

El objetivo de esta experiencia es el de determinar la capacidad calorífica de un metal

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Determinar el equivalente en agua de un calorímetro Determinar el calor especifico del aluminio Determinar el calor especifico del cobre

II.EQUIPOS Y MATERIALES:

Balanza electrónica

Cocina eléctrica o jarra eléctrica

LABORATORATORIO N°4 DE FISICA –CAPACIDAD CALORIFICA

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Termómetro

Thermo

Vaso


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Guantes y lentes de protección

Pinzas de sujeción

Objetos metálicos


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III .FUNDAMENTO TEORICO:

CAPACIDAD CALORÍFICA:

La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura.1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor»,2 y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica

Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorífica viene dada por:

Dónde:

C es la capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado. es el calor absorbido por el sistema. la variación de temperatura

Se mide en unidades del SI julios por kelvin (J/K) (o también en cal/°C).

La capacidad calorífica (C) de un sistema físico depende de la cantidad de sustancia o masa de dicho sistema. Para un sistema formado por una sola sustancia homogénea se define además el calor específico o capacidad calorífica específica c a partir de la relación:


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Dónde:

C es la capacidad calorífica del cuerpo o sistema c es el calor específico o capacidad calorífica específica m la masa de sustancia considerada

De las anteriores relaciones es fácil inferir que al aumentar la masa de una sustancia, se aumenta su capacidad calorífica ya que aumenta la inercia térmica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura. Un ejemplo de esto se puede apreciar en las ciudades costeras donde el mar actúa como un gran termostato regulando las variaciones de temperatura.

EQUILIBRIO TERMICO:

Para poder dar una definición más precisa del concepto de equilibrio térmico desde un punto de vista termodinámico es necesario definir algunos conceptos.

Dos sistemas que están en contacto mecánico directo o separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor lo que se conoce como superficie diatérmica, se dice que están en contacto térmico.

Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico.

CALORIMETRO:


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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.

El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.

Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, solo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.

EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORIMETRO:

El producto de la masa del calorímetro por su calor específico, es su capacidad calorífica, que denominaremos K. Como el calor especifico del agua es 1cal/ ºC gr, esto equivale a considerar una masa de Kgramos de agua, que absorbería (o cedería) la misma cantidad de calor que el calorímetro, para la misma variación de temperatura. Por eso a K se le llama equivalente en agua del calorímetro. El valor de Kse refiere tanto al recipiente como a sus accesorios; el termómetro y el agitador. Si dentro del calorímetro tenemos una masa de agua M1a la temperatura T1, y la mezclamos con otra masa de agua M2a la temperatura T2,una vez alcanzado el equilibrio


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térmico, el conjunto se encontrará a la temperatura de equilibrio T. Si Kes el equivalente en agua del calorímetro y T2 < T < T1, el balance energético es:

(M1c +K)(T1– T) =M2c (T – T2) (14-1) Qcedido = Qabsorbido De donde:

K=M 2 cT−T 2

T 1−T−M 1 c

Siendo c el calor específico del agua; c = 1cal/g ºC. Consideraremos que está determinado con un error absoluto de ±0,1 cal/g ºC

IV.PROCEDIMIENTO:

PARTE 1: EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORIMETRO

PARTE 1: EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORIMETRO

1.1 Tome la temperatura ambiente.

TEMPERATURA AMBIENTE 24,3°C

1.2 Mida 300 Mililitros de agua y caliéntela a 80°C .Anote la temperatura exacta del agua.

TEMPERATURA DEL AGUA80°C

1.3 Agregue a un termo (CALORIMETRO) el agua caliente y espere unos minutos hasta que alcance la temperatura de equilibrio. Anote la temperatura de equilibrio.

TEMPERATUIRA DE EQUILIBRIO DEL AGUA 76°C


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PARTE 2: CAPACIDAD CALORIFICA DE UN METAL

Parte 2a: Utilizando agua a mayor temperatura que el cuerpo metálico.

Para metal 1

1. Determine la masa del metal.

127.3gr.

2. Vuelva a calentar el agua y mida exactamente la temperatura del agua del calorímetro.

76°C

3. Determine la temperatura del metal.

24°C

4. Coloque el metal en el recipiente y determine la temperatura del equilibrio.

74°C

5. Vuelva a repetir el experimento para el segundo metal.

MASA DEL METAL TEMPERATURA DEL METAL(AMBIENTE)

TEMPARATURA DE EQUILIBRIO

127.3gr. 24°C 74°C

Para metal 2

1. Determine la masa del metal.

91gr.


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2. Vuelva a calentar el agua y mida exactamente la temperatura del agua del calorímetro.

76°C

3. Determine la temperatura del metal.

24°C

4. Coloque el metal en el recipiente y determine la temperatura del equilibrio.

75°C

MASA DEL METAL TEMPERATURA DEL METAL(AMBIENTE)


91gr. 24°C 75°C

V.CALCULOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

1. Determine la expresión para calcular el equivalente en agua del calorímetro.

Q=C·T

Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que está a mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que ambas se igualan

Si TA>TB

El cuerpo A cede calor: QA=CA·(T-TA), entonces QA<0 El cuerpo B recibe calor: QB=CB·(T-TB), entonces QB<0

Como QA+QB=0

La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada

La capacidad calorífica de la unidad de masa se denomina calor específico ce. C=mce


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La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de la masa m del calor específico c y del cambio de temperatura.

Q=m·ce·(Tf-Ti)

2. Utilizando sus datos calcule el equivalente en agua del calorímetro.

Q=E·(Tf-Ti)

Para el agua:

°T(inicial)=80°C

°T(final)=76°C

Calor especifico del agua ΔQ=ce m . ΔT=1caloría /gramo

ΔQ=1.300 . (76−24.3 )=15510

→ el equivalente enagua del calorimetro

15510=E.(80-24.3)

el equivalente enagua del calorimetro=278.45

3. Determina la expresión para calcular la capacidad calorífica del metal.

Dónde: = capacidad calórica; = cantidad de calor; = variación de temperatura

4. Utilice los datos obtenidos para determinar la capacidad calorífica del metal, en los 2 procesos

2a y 2b.

Igualando los calores, el calor que pierde el agua es igual, al calor que gana el metal el metal.


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PRIMER PROCESO:

MASA DEL METAL TEMPERATURA DEL AGUA (AMBIENTE)


91gr. 24°C 75°C

Masa del agua g

Q =m·ce·(Tf-Ti)

C.91.(75-24)=300.1(76-24.3)

C=3.34

5. Determine el calor específico de cada cuerpo metálico que ha utilizado.

METAL 1.HIERRO

Q =m·ce·(Tf-Ti)

Capacidad calorífica C=3.34 que es igual a m·ce

→ C=3.34= m·ce pero la del hierro es:127.3g

→ 3.34=127.3 ce → ce=0.128 Kcal /kg° c

METAL 2.BRONCE

Q =m·ce·(Tf-Ti)

Capacidad calorífica C=3.34 que es igual a m·ce

→ C=3.34= ·ce pero la masa DEL BRONCE ES 91g

→ 3.34=91 ce → ce=0.036 Kcal /kg° c

6. Compare el valor obtenido en el paso 5 con el valor esperado para estos materiales.


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Valores específicos según tabla.

METAL 1.HIERRO

TABLA OBTENIDO0.107Kcal/kg°c 0.128 Kcal /kg° c

METAL 2.BRONCE

TABLA OBTENIDO0.086Kcal/kg°c 0.057Kcal/kg°c

CONCLUSIONES:

El incremento de temperatura de los cuerpos cuando se calientan es aproximadamente proporcional a la energía suministrada.


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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.

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.

Al calcular el calor especifico de la forma c = C/m , el calor especifico es directamente proporcional a la capacidad térmica e inversamente proporcional a la masa

BIBLIOGRAFIA:

http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Calorimetr%C3%ADa/Capacidad_calor%C3%ADfica

http://www.quimitube.com/videos/termodinamica-teori-4-transferencia-energia-en-forma-de-calor-capacidad-calorifica-especifica-y-molar

http://www.uv.es/~cantarer/esol/p6.pdf http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/

Leccion2.REFRACTARIOS.PROPIEDADES.Termicas.pdf


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