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UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERIA
Universidad Nacional de Ingeniería – Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Laboratorio #4
Facultad de Ingeniería Eléctrica Y Electrónica
FÍSICA II – FI - 203
Informe # : “4”
Experimento : Calor Específico
Apellidos y Nombres :
VILLALOBOS PUELLES MARCO A.
JARA OSORIO DANIEL A.
UNI - FIEE
Universidad Nacional de Ingeniería – Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Laboratorio #4
PROLOGO
El calor es parte de nuestra vida diaria, partiendo desde la temperatura de
nuestro cuerpo, hasta los fenómenos de la naturaleza que suceden día a día.
Por ello el estudiar sus reacciones, medición y estudio nos parecen muy
importantes.
En el siguiente trabajo explicaremos y daremos a conocer algunos conceptos
relacionados con el calor. Además se presentaran las observaciones,
experiencias y conclusiones a las que llegamos luego de haber realizado los
cálculos respectivos al efectuar el experimento de Calor Específico de los
Sólidos. Para lo cual usaremos algunos de los instrumentos que son utilizados
actualmente para la medición de la temperatura en distintas etapas y objetos.
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I. OBJETIVO
1.1 Objetivo general
El objetivo general de esta experiencia es el de determinar la capacidad calorífica de un metal.
1.2 Objetivos específicos
Determinar el equivalente en agua de un calorímetro.
Determinar el calor específico del aluminio. Determinar el calor específico del cobre.
II. EQUIPOS Y MATERIALES
Computadoras con software logger pro
instalado.
Balanza electrónica.
Cocina eléctrica o jarra eléctrica.
Termómetro.
Vaso pírex.
Guantes y lentes de protección.
Pinzas de sujeción.
Objetos metálicos.
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III. FUNDAMENTO TEORICO
CAPACIDAD CALORÍFICA
La capacidad calorífica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor
o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de
temperatura bajo el suministro de calor. Se denota por C y se define como:
Dado que:
De igual forma se puede definir la capacidad calórica molar como:
CALOR ESPECÍFICO
El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de
una masa determinada de una sustancia. El concepto de capacidad calorífica
es análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este
caso es necesario conocer la estructura química de la misma).
El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el
calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el
incremento de temperatura:
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donde:
Q es el calor aportado al sistema
m es la masa del sistema
c es el calor específico del sistema
ΔT es el incremento de temperatura que experimenta el sistema
Las unidades más habituales de calor específico son:
El calor específico de un material depende de su temperatura; no obstante, en
muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede
considerarse que el calor específico es constante. Asimismo, también se
diferencia del proceso que se lleve a cabo, distinguiéndose especialmente el
"calor específico a presión constante" (en un proceso isobaro) y "calor
específico a volumen constante (en un proceso isocoro).
De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que el calor
específico del agua es aproximadamente:
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EQUILIBRIO TÉRMICO
En todo sistema aislado en el cual se encuentran dos cuerpos de diferente
temperatura, entre ellos se establecerá un flujo de calor desde el cuerpo de
mayor temperatura hasta el cuerpo de menor temperatura; finalizando la
transferencia cuando se logre el equilibrio térmico, es decir la igualdad de
temperaturas de ambos cuerpos.
CALOR LATENTE
Un cuerpo sólido puede estar en equilibrio térmico con un líquido o un gas a
cualquier temperatura, o que un líquido y un gas pueden estar en equilibrio
térmico entre sí, en una amplia gama de temperaturas, ya que se trata de
sustancias diferentes. Pero lo que es menos evidente es que dos fases o
estados de agregación, distintas de una misma sustancia, puedan estar en
equilibrio térmico entre sí en circunstancias apropiadas.
Un sistema que consiste en formas sólida y líquida de determinada sustancia, a
una presión constante dada, puede estar en equilibrio térmico, pero únicamente
a una temperatura llamada punto de fusión simbolizado a veces como tf. A esta
temperatura, se necesita cierta cantidad de calor para poder fundir cierta
cantidad del material sólido, pero sin que haya un cambio significativo en su
temperatura. A esta cantidad de energía se le llama calor de fusión, calor
latente de fusión o entalpía de fusión, y varía según las diferentes sustancias.
Se denota por Lf. El calor de fusión representa la energía necesaria para
deshacer la fase sólida que está estrechamente unida y convertirla en líquido.
Para convertir líquido en sólido se necesita la misma cantidad de energía, por
ellos el calor de fusión representa la energía necesaria para cambiar del estado
sólido a líquido, y también para pasar del estado líquido a sólido. El calor de
fusión se mide en:
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De manera similar, un líquido y un vapor de una misma sustancia pueden estar
en equilibrio térmico a una temperatura llamada punto de ebullición simbolizado
por te. El calor necesario para evaporar una sustancia en estado líquido ( o
condensar una sustancia en estado de vapor ) se llama calor de ebullición o
calor latente de ebullición o entalpía de ebullición, y se mide en las mismas
unidades que el calor latente de fusión. Se denota por Le.
En la siguiente tabla se muestran algunos valores de los puntos de fusión y
ebullición y entalpías de algunas sustancias:
TRANSMISIÓN DE CALOR
El calor puede ser transmitido de tres formas distintas: por conducción, por
convección o por radiación.
Conducción térmica : es el proceso que se produce por contacto térmico
entre dos cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas
individuales de los cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que
produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. Ej: cuchara
metálica en la taza de té.
Convección térmica : sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que
implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una
temperatura, a regiones que están a otra temperatura. El transporte de
calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. Ej.:
los calefactores dentro de la casa.
Radiación térmica : es el proceso por el cual se transmite a través de
ondas electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para
llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energía térmica a
radiante y luego viceversa. Ej.: La energía solar.
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La conducción pura se presenta sólo en materiales sólidos.
La convección siempre está acompañada de la conducción, debido al contacto
directo entre partículas de distinta temperatura en un líquido o gas en
movimiento.
En el caso de la conducción, la temperatura de calentamiento depende del tipo
de material, de la sección del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica
porqué algunos cuerpos se calientan más rápido que otros a pesar de tener
exactamente la misma forma, y que se les entregue la misma cantidad de calor.
Conductividad térmica
La conductividad térmica de un cuerpo está dada por:
donde:
Q es el calor entregado,
Δt es el intervalo de tiempo durante el cual se entregó calor,
A es la sección del cuerpo,
L es la longitud, y
ΔT es el incremento en la temperatura.
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IV. REPRESENTACION ESQUEMATICA DEL TEMA DE
TRABAJO
BALANZA
TERMO
TERMOMETROOLLA
MECHERO DE BUNSEN
SOPORTE UNIVERSAL
MATERIAL SOLIDO
Parte 1: equivalente en agua de un calorímetro
1. Tome la temperatura ambiente.
2. Mida 300mL de agua y caliéntela a 80ºC. Anote la temperatura exacta del
agua.
3. Agrege a su termo (calorímetro) el agua caliente y espere unos minutos
hasta que alcance la temperatura de equilibrio.
Parte 2: capacidad calorífica de un metal
Parte 2a: utilizando agua a mayor temperatura que el cuerpo metálico.
1. Determine la masa del material.
2. Vuelva a calentar el agua y mida exactamente la temperatura delagua del
calorímetro.
3. Determine la temperatura del metal.
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Parte 2b: Utilizando agua a menor temperatura que el cuerpo metálico.
1. Caliente el metal, utilizando un recipiente y agua caliente a unos 80ºC.
Anote exactamente la temperatura del metal.
2. Mida 300 mL de agua a una temperatura ambiente. Anote la temperatura
exacta del agua.
3. Coloque el metal en el recipiente y determine la temperatura de equilibrio.
4. Vuelva a repetir el experimento para el segundo metal.
V. CALCULOS Y RESULTADOS
Capacidad calorífica del termo:
Ta = 21.5 ºC Ma = 200 g.Tb = 80 ºC Mb = 200 g.Teq. = 47º C
Calor especifico del hierro:
Ta = 21.5 ºC Ma = 200 g.Tb = 66 ºC Mb = 157.5 g.Teq. = 25.5º C
Calor especifico del aluminio:
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Ta = 22.5 ºC Ma = 200 g.Tb = 72 ºC Mb = 75 g.Teq. = 27º C
Calor especifico del plomo:
Ta = 21.5 ºC Ma = 200 g.Tb = 79 ºC Mb = 97.5 g.Teq. = 22.5º C
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CONCLUSIONES
Expresar los resultados en calorías y en unidades del Sistema Internacional,
sabiendo que 1cal = 4,185 J.
La capacidad calorífica del calorímetro se asigna al valor medio de los dos
valores encontrados. Igualmente se hace con el equivalente en agua.
Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía
interna al igual que para absorber energía ya que una parte de la energía
hace aumentar la rapidez de traslación de las moléculas y este tipo de
movimiento es el responsable del aumento en la temperatura.
Se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual establece
que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del
mismo sistema.
El calor va a ser el mismo en ambos caso, porque estamos exponiendo el
agua por el mismo tiempo y en el mismo tipo de llama.
Después del estudio del fenómeno ocurrido en el laboratorio y los cálculos
hechos páginas antes, vemos que el calor específico depende del material.
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OBSERVACIONES
Medir la distancia entre la llama y el vaso y mantenerlo firme durante toda la
practica a fin de que no cambie las condiciones de trabajo.
Al inicio de cada experiencia poner el termómetro en la mitad del volumen de
agua a fin de no alterar la temperatura debido a la cercanía o alejamiento de
este con la fuente de calor.
No retirar el termómetro durante toda la experiencia.
No tocar el aro ni la rejilla cuando se calienta el agua, porque están muy
calientes.
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BIBLIOGRAFÍA
1.- Manual de laboratorio de Física General
2.- FÍSICA I, Paul A. Tipler, 3° Ed. CAP-14 (Paginas: 402-408)
3.- FISCA, Halliday, 2da Ed. CAP-15 (Paginas: 461-465)
