Laboratorio 5-Fisica II

Capacidad calorífica

LABORATORIO DE FÍSICA II

18 DE JUNIO DE 2015UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FIEE

1. SARANGO VELIZ, ANDY JUAN2. BRUNO ENZO DE LA CRUZ3. LAZO QUISPE, CARLOS ALBERTO

Capacidad calorífica | UNI

CAPACIDAD CALORIFICA

I. OBJETIVOS

Determinar el equivalente en agua de un calorímetro.

Determinar el calor específico del cobre.

Determinar el calor específico del aluminio.

II. MATERIALES

Pinzas de sujeción. Cocina eléctrica o jarra

eléctrica.


Vaso pirex. Un thermo. Un vernier. Termómetro. Guantes de protección.

GUANTES DE

PROTEC

TERMÓMETRO

PINZAS DE


III. FUNDAMENTO TEÓRICO

I. CAPACIDAD CALORIFICALa capacidad calorífica o capacidad térmica 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

COCINA


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.

II. EQUILIBRIO TERMICO


El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las

temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término.


III. CALORÍMETROEl calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.

En un caso ideal de transferencia de calor se puede hacer una simplificación: que

únicamente se consideren como sustancias intervinientes a las sustancias calientes y frías entre las que se produce la transferencia de calor y no los recipientes, que se considerarían recipientes adiabáticos ideales, cuyas paredes


con el exterior serían perfectos aislantes térmicos (calorímetro); el caso real más parecido sería un termo o un saco de dormir con relleno de plumas.

IV. EQUIVALENTE EN AGUACuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde energía. Esta intervención del calorímetro en el proceso se representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a añadir al líquido que contiene los gramos de agua que asignamos a la influencia del calorímetro y que llamamos "equivalente en agua". El "equivalente en agua" viene a ser


"la cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor que el calorímetro".

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) PARTE I Tome la temperatura ambiente Mida 300 ml de agua y

caliéntala a 80 °C. Anote la temperatura exacta del agua.

Agregue a su termo (calorímetro) el agua caliente espere unos minutos hasta que alcance la temperatura de equilibrio. Anote la temperatura de equilibrio.

b) PARTE II PARTE 2a


Utilizando agua a mayor de temperatura que el cuerpo metálico.

Determine la masa del metal. Vuelva a calentar el agua y

mida exactamente la temperatura del agua del calorímetro

Determine la temperatura del metal.

Coloque el metal en el recipiente y determine la temperatura de equilibrio.

Vuelve a repetir el experimento para el segundo metal.

PARTE 2b


Utilizando agua a menor temperatura que el cuerpo metálico

Caliente el metal, utilizando un recipiente y agua caliente a unos 80 °C. Anote exactamente la temperatura del mental.

Mida 300 ml de agua a temperatura ambiente. Anote la temperatura exacta del agua.

Coloque el metal en el recipiente y determine la temperatura de equilibrio.

Vuelva a repetir el experimento para el segundo metal.

VI. CALCULO Y RESULTADOS


DETERMINE LA EXPRESIÓN PARA CALCULAR EL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO.

Primero para hallar la expresión del equivalente gramo pondremos la siguiente expresión al interactuar dos cuerpos que en este caso serían el agua y el calorímetro.ECUACIÓN NUMERO 1

Qagua+Q calorimetro=0… (1 )

Pero ambos calores que tienes cada cuerpo mencionado se calculan a través de las siguientes 2 ecuaciones:ECUACIÓN NUMERO 2

Qagua=magua∗ceagua∗∆T agua…(2)

ECUACIÓN NÚMERO 3


Qcalorimetro=meq∗ceagua∗∆Tcalorimetro…(3)

De la ecuaciones (1), (2) y (3) obtenemos la expresión en donde calcularemos la expresión equivalente en agua para el calorímetro:

meq=−magua∗∆Tagua∆T calorimetro

UTILIZANDO SUS DATOS CALCULE EL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO.

En el cuadro que se presenta están los datos obtenidos en el laboratorio que nos permitirán hallar el equivalente de agua del calorímetro.T ambiente(℃)

26℃

magua(g) 277g


T 0(℃) 80℃

T eq(℃)

53℃

En la ecuación encontrada del enunciado anterior procedemos a reemplazar los datos:

meq =277×2727

Con los datos obtenemos que equivalente en gramo del agua es 277 g.

DETERMINE LA EXPRESIÓN PARA CALCULAR LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL METAL

Ahora para obtener la capacidad calorífica de cada metal formamos la ecuación como en el caso anterior en función de los calores


que obtiene el agua, el metal y el calorímetroECUACIÓN NUMERO 5

Qagua+Q calorimetro+Qmetal=0… (5 )

Ahora para cada calor tiene su expresión para hallarloECUACIÓN NUMERO 6

Qagua=magua∗ceagua∗∆T agua…(6)

ECUACIÓN NUMERO 7Qcalorimetro=meq∗ceagua∗∆Tcalorimetro…(7)

ECUACIÓN NUMERO 8Qmetal=Cmetal∗∆T metal… (8 )

Ahora de las ecuaciones (5), (6), (7) y (8) obtenemos la ecuación que nos permitirá hallar la capacidad calorífica de un metal.

Cmetal=−(m¿¿agua∗∆T agua+meq∗∆T calorimetro)∗ceagua

∆T metal¿


UTILICE SUS DATOS EXPERIMENTALES PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL METAL, EN LOS PROCESOS 2A Y 2B PARA DADA METAL.

De la tabla 2a que se muestra procedemos hallar la capacidad calorífica del cobre.

T ambiente(℃) 26℃mCu(g) 95gT Cu(℃) 26℃

T agua(℃) 80℃

magua(g) 351gT eq(℃) 73℃

Con los datos obtenidos reemplazamos en la ecuación


encontrada en el enunciado 3; Q (calorímetro)=0

CCu=−351∗(73−80 )

73−26=52( cal

° C) aprox .

De la tabla 2b que se muestra procedemos hallar la capacidad calorífica del aluminio.

T ambiente(℃) 26℃

mAl (g) 137gT Al(℃) 70℃

T agua(℃) 26℃

magua(g) 373gT eq(℃) 34℃

Con los datos obtenidos reemplazamos en la ecuación encontrada en el enunciado 3; Q (calorímetro)=0

C Al=¿−373∗(34−26 )34−70

=82( cal° C

) aprox .


DETERMINE EL CALOR ESPECÍFICO DE CADA CUERPO METÁLICO QUE HA UTILIZADO.

cemetal=Cmetalmmetal

ENTONCES PARA 2ACCu=52=95∗Ce(Cu)

C e(Cu)=0.54(calg°C

)

ENTONCES PARA 2BC Al=82=137∗C e(Al)

C e(Al)=0.59(calg °C

)

COMPARE EL VALOR OBTENIDO EN EL PASO 5 CON EL VALOR ESPERADO PARA ESTOS MATERIALES.

ENTONCES PARA 2AC e(Cu)=0.54(

calg°C

) Experimental


C e(Cu)=0.093(calg °C

) Tablas%error= 480% aprox. (muy alto)ENTONCES PARA 2B

C e(Al)=0.59(calg °C

) ExperimentalC e(Al)=0.217 (

calg°C

) Tablas%error= 171% aprox. (muy alto)

VII. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Vemos que el error es muy alto, deducimos que es por el termómetro, ya que no puede medir de forma exacta la temperatura del metal, esto es ya que está involucrado el factor tiempo y el factor de irradiación de calor infrarroja mayormente.


Se recomienda para este experimento usar otro tipo de termómetro para los metales así será más efectivo el cálculo.

VIII. BIBLIOGRAFÍA


SEARS – SEMANSKY: Física universitaria, tomo I - 12ava edición. Cap. 15

TIPLER, MOSCA: Física para la ciencia y la tecnología Vol. 1 5ta Edición.

SERWAY: Física para las ciencias y la ingeniería volumen I-5ta edición. Cap. 16

HUGO MEDINA GUZMAN: Física II.

HUMBERTO LEYVA: Física II – Tomo 2

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