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CALOR ESPECÍFICO
RESUMEN
En la práctica de laboratorio se realizaron varias mediciones y cálculos para obtener como resultado el calor especifco de cada sólido. Lo primero a realizar ue tomar la temperatura ambiente del agua, posterior a ello se llenó a 150 cm! cm! el calor"metro calor"metro de agua, agua, y se introdu#o introdu#o el sólido en dic$o recipiente, en el %ue en un momento anterior estuvo con agua $irviendo, donde se tomó la respectiva temperatura tanto en el agua $irviendo $asta cuando se igualaban las temperaturas en el calor"metro. &e llegó a concluir %ue el sólido %ue tuvo un menor margen de error ue el aluminio, de un '1.()*.
Palabras Clave. +alor especifco, &ólidos, emperatura, +onservación de la energ"a, +alor"metro. ABSTRACT
-n prac practi tice ce seve severa rall labo labora rato tory ry meas measur urem emen ents ts and and calc calcul ulat atio ions ns er ere perormed to obtain results in t$e specifc $eat o eac$ solid. $e frst t$ing to do as to ta/e t$e bac/ ater environment, temperature to it as flled to 150 150 cm ! ate aterr calo calori rime mete ter, r, and and t$e t$e solid solid is intr introduc oduced ed into into said said container, in $ic$ in an earlier stage as it$ boiling ater, $ere ta/e t$e respective respective temperature bot$ in boiling ater until temperatures temperatures are e%ual in t$e calorimeter. calorimeter. e came to t$e conclusion t$at t$e solid tube t$at a smaller margin o error as aluminum, a '1.()*.
Keywords. &pecifc $eat, &ound, emperature, +onservation o energy, +alorimeter
1
Universidad de La Salle – Facultad de Ingeniería
Coserva!"# de la eer$%a. 9na tcnica para medir el calor espec"fco consiste en calentar una muestra $asta T X cierta temperatura conocida , Calorimetría.
colocarla en un recipiente %ue contenga agua de masa conocida T Y
INTRODUCCION La capacidad calor"fca
C de una
muestra, en particular de una sustancia2 se defne como la cantidad de energ"a necesaria, para aumentar la temperatura de esa muestra en 1 º C . 3 partir de esta defnición se observa %ue si el Q calor produce un cambio ∆ T
de temperatura en una
sustancia entonces4 Q =C ∗∆ T
El calor espec"fco es en esencia una medida trmicamente insensible, es una sustancia a la adición de energ"a. El calor espec"fco es una propiedad intensiva de la materia, por lo %ue es representativo de cada sustancia6 por el contrario, la capacidad calor"fca una propiedad e7tensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. +uanto mayor sea el calor especifco de un material, más energ"a deberá a8adirse a la masa dada para provocar un cambio de temperatura particular. &eray, '00'2
temperatura del agua despus de %ue se alcance el e%uilibrio. :a %ue se realiza una cantidad despreciable de traba#o mecánico en el proceso, la ley de la conservación de la energ"a re%uiere %ue la cantidad de energ"a %ue sale de la muestra calor espec"fco desconocido2 sea igual a la cantidad de energ"a %ue entra al agua. Esta tecina se llama calorimetr"a, por medio de calor"metros. La capacidad calor"fca no debe ser conundida con la capacidad calor"fca espec"fca o calor espec"fco, el cual es la propiedad intensiva %ue se refere a la capacidad de un cuerpo para almacenar calor, y es la razón de la capacidad calor"fca entre la masa del ob#eto. El calor espec"fco es una propiedad caracter"stica de las sustancias y depende de las mismas variables %ue la capacidad calor"fca. &e utilizaron ecuaciones4
las
siguientes
'
mS C S ∆ T = mC C C ∆ T + ma C a ∆ T
;onde,
m $ace reerencia a la
masa de calor"metro
la
sustancia, del y del agua respectivamente6 C es el calor espec"fco de cada una de las sustancias y materiales
estudiados6
∆ T es la variación
de la temperatura. ;espe#amos de la ecuación <1= C S as"4
C S=
m C C C ∆ T + ma C a ∆T m S ∆ T '
METODOLO&IA +omo primero a realizar ue medir la temperatura ambiente del agua, donde se cogió un recipiente y se introdu#o al balde. ;espus se sacó dic$o l"%uido, por medio de la ayuda de una probeta se midió 150cm! guiándonos por la gu"a del laboratorio. ;onde dic$o >uido ue a parar al calor"metro, se procedió a medir la temperatura de dic$o l"%uido. 38adiendo %ue el peso del vaso de precipitados del calor"metro ya se $ab"a tomado con ayuda de la balanza al principio de la realización de la práctica. +omo segundo a realizar ue medir la masa del solido al %ue se le %uer"a $allar el calor especifco, en nuestro caso el primero ue el bronce, despus de tomar la masa se introdu#o a un recipiente el cual deber"a ser resistente al calor. ?osterior de tener el recipiente con el sólido, se introdu#o agua, la cual sobrepasa por mil"metros el grosor del sólido, por ende el sólido deber"a de estar cubierto por tal >uido. ;espus de tener el con#unto de cosas anteriormente dic$as, se de#ó calentar un buen tiempo el recipiente, por medio del termómetro se midió la temperatura del solido con el
agua, $asta %ue de#ara de ascender el termómetro se tomaba tal temperatura. +omo tercero y @ltimo a realizar ue introducir rápidamente el sólido al calor"metro, donde se cog"a el sólido por medio de un alambre mientras se calentaba en el recipiente y se llevaba rápidamente al calor"metro, literalmente no se e7pon"a al aire. Aientras se presenciaba %ue la temperatura sub"a paulatinamente, se esperaba, $asta %ue el termómetro marcara un punto en el %ue %uedara estático se anotar"a dic$a temperatura. ?or @ltimo se remplazaron los datos obtenidos en la ecuación y se $alló el calor espec"fco de dic$o material. &e realizó lo anteriormente dic$o con el cobre, $ierro y aluminio. ?ara el desarrollo de la práctica, se emplearon los siguientes materiales4
ermómetro &ólidos+obre, 3luminio, ierro, Bronce2 Balanza +alentador Elctrico +alor"metro de 3luminio
El calor espec"fco está dado por4 C =
Q m∆ T
;onde esto podemos e7presarlo '
mC C C ∆ T + ma C a ∆T + mS C S ∆ T =0
la variación de la temperatura ∆ T , la obtuvimos por medio de4
Los resultados obtenidos para la masa de cada uno de los sólidos, se organizaron en una tabla de la siguiente manera4
∆ T =T F −T 0 ∆ T ' =T F −T S
Cinalmente, se determino el valor correspondiente al calor espec"fco de cada uno de los sólidos dados para el desarrollo de la práctica, C S despe#ando en la ecuación as"4 C S=
m C C C ∆ T + ma C a ∆T m S ∆ T '
Las masas de obtenidos son
?ara determinar la incertidumbre ∆ C , es del calor especifco importante tener en cuenta la incertidumbre de cada uno de los instrumentos de medición usados a lo largo de la práctica. 9na vez conocidos, se aplicó la siguiente ecuación con el fn de determinar ∆ C S , as"4
DATOS
'
Nota: Antes
de tomar las medidas necesarias con la balanza, se determinó la incertidumbre del instrumento, la cual fue de 0.00005 Kg . El valor obtenido para la masa del calor"metro ue de4 m C =0.05231 Kg
Basándonos de su incertidumbre tendremos %ue m C =0.05231 ± 0.00005 Kg
elementos
Al()""o* 0.01D' g Bro!e* 0.05!5 g +"erro* 0.0F(0 g Cobre* 0.05D0 g m±∆m
?artiendo de
¿
, %uedar"an
as"4 0.01720 ± 0.00005
Al()""o* TOMA DE RESULTADOS
los
Bro!e*
0.05350 ± 0.00005
+"erro*
0.04900 ± 0.00005
Cobre*
0.05700 ± 0.00005
&e determinó la incertidumbre del calentador elctrico ue de 1 ° C . &eguido
a
esto, se midió la T s temperatura de cada una de los sólidos sumergidos en agua $irviendo usando un termómetro. T s=90 ± 1 ° C
&e determinó la incertidumbre del calor"metro, la cual ue de 0.5 °C . El
valor
correspondiente
temperatura inicial del agua
a
la T 0
dentro del calor"metro ue4 T 0 =18 ° C
sustancia es proporcional al temperatura
debe
estar
Entonces, la temperatura del agua seria de4 T 0 =18 ± 0.5 ° C
&e sumergieron cada uno de los metales en '00mL de agua dentro del calor"metro, se agito suavemente el interior de este $asta obtener una temperatura T f . constante Los valores obtenidos ueron
inversamente cambio de ∆ T . &e
1.5 ± 0.5
Bro!e*
1.5 ± 0.5
+"erro*
1.8 ± 0.5
Cobre*
T±∆T
1.8 ± 0.5
&e determinó el cambio de temperatura de los ob#etos donde se obtuvo
Al()""o* D0.5 °C Bro!e* D0.5 °C +"erro* D0.' ° C Cobre* D0.' ° C eniendo en incertidumbre
cuenta
Al()""o* 1(.5 °C
Al()""o* D0.5 ± 1.0 ° C
Bro!e* 1(.5 ° C
Bro!e* D0.5 ± 1.0 ° C
+"erro* 1(.G °C
+"erro* D0.' ± 1.0 ° C
Cobre* 1(.G °C
Cobre* D0.' ± 1.0 ° C
Basándonos en la incertidumbre estas temperaturas %uedar"an como
Al()""o*
19.5 ± 0.5
Bro!e* 19.5 ± 0.5 +"erro*
19.8 ± 0.5
Cobre*
19.8 ± 0.5
de una
determinaron el cambio de temperatura en el calor"metro y en el agua y estos ueron
Al()""o*
La temperatura e7presada como4
C
El calor espec"fco
la
El calor espec"fco, del calor"metro se deduce del $ec$o de %ue este está abricado con aluminio, por lo %ue el valor de este será de4 C Calorimetro =909
J Kg ° C
: el calor espec"fco del agua, como es de saberse, será igual a4
C Agua= 4190
ANALISIS DE RESULTADOS
J Kg° C
9na vez obtenidos todos los valores necesarios para determinar el calor espec"fco de cada uno de los materiales dados para la práctica, se obtuvo el valor numrico de este. Los resultados obtenidos para el calor espec"fco de cada uno de los materiales defnidos, se organizaron en la siguiente tabla de datos4 J Al()""o* GD1.D0)F Kg ° C J Bro!e* !5G.FG0' Kg ° C
La teor"a establece %ue la cantidad Q de calor necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia es directamente proporcional a la masa m de esta
y
a
la variación en la temperatura ∆ T , es decir %ue4 Qαm∆T
Lo anterior, teniendo en cuenta %ue el calor puede e7presarse de la siguiente manera4 Q=Cm ∆T óc =
J +"erro* F0F.FF!! Kg ° C
;onde,
J Cobre* !55.D15' Kg ° C
∆ T =T f −T 0
∆ C s
?ara determinar
Me-al
∆ α
Al()""o Bro!e +"erro Cobre
Q m ∆ T
/ 0/ 0 01
Esto, puede observarse a lo largo de la práctica, en el resultado correspondiente al calor espec"fco de cada uno de los metales usados para el desarrollo de la práctica. En este caso, la sustancia con mayor calor especifco es el aluminio con un valor de 871.7064
Entonces, %uedar"a modifcada de la siguiente manera4 Aetal
J C±∆C Kg° C
3luminio
872 ± 95
Bronce
358 ± 85
ierro
404 ± 89
+obre
355 ± 86
J Kg° C
Los calores espec"fcos de algunos metales, los mismos usados para el desarrollo de la práctica son4
Al()""o* (0( Bronce4 !)0
J Kg ° C
J Kg ° C
ierro4 F)0 +obre4 !G(
Cobre
J Kg °C J Kg ° C
allamos los porcenta#es de error para masas, temperaturas por medio de la siguiente ecuación ∆m!∆T!∆C m!T !C
El porcenta#e de error de propagación del calor espec"fco, masas y temperaturas medidos a cada uno de los sólidos dados para la práctica, puede apreciarse en la siguiente tabla4 "ℇ m
Al Bro!e Fe C(
"ℇ T
0.'! 0.0D 0.0G 0.0D
•
"ℇ C
1.F1 1.F1 1.F' 1.F'
11 'F '' 'F
|Teorico− #$%erime&tal|
Los cuales plasmamos siguiente tabla
Sol"do
Al()" "o Bro!e +"erro
J Kg ° C
(0( !)0 F)0
•
∗100
Teorico
Calor Es2e!"3 !o
G.55
en
Calor Es2e!"3! o
la
•
"ℇ
J / Kg° C
GD1.D0) F !5G.FG0 ' F0F.FF! !
Se llegó a concluir que el menor error fue del aluminio del 21.6%, debido este margen de error, al error de paralaje cuando se media en el termómetro las diferentes temperaturas, el ambiente donde se realizó dicho laboratorio, entre otros, pero se quiere añadir que es un error mu e!orbitante fuera de lo establecido. "n error debe dar un margen apro!imadamente menor que el 1#%. Se logró concluir que por medio de la formula tratada por el profesor anterior al laboratorio, o la que aparece en la gu$a de trabajo como ecuación n& se pudo despejar el calor especifico de ! para proceder a remplazar los 'alores obtenidos en la pr(ctica as$ cumplir uno de los objeti'os del laboratorio.
'cuCcu ( ¿− Ti )= 'aca (Tf − Ti )+ 'cu Ccu ( Tf − Ti )
allamos el porcenta#e de error de cada uno de los calores espec"fcos "# =
!55.D15 '
DISCUSION ' CONCLUSIONES •
=
!G(
F.10
)omo problem(tica en el *ltimo punto de la gu$a de laboratorio. Se pudo llegar a concluir que el calor especifico de un l$quido se puede hallar de la misma manera que se halla el del sólido, la diferencia es que en el recipiente el cual se calienta no se 'ierte agua, sino totalmente dicho fluido al que se quiere conocer el calor especifico. Se pudo llegar a concluir que el material que maor necesita calor$as para ele'ar un grado cent$grado un gramo de dicho material es el aluminio, el cual necesita #.+ calg c. - el menor es el bronce #.6calg c.
0.F' 1'
•
Se pudo comprender que aquellos materiales que tienen un maor
calor espec$fico, despu/s de e!ponerlos a 'ariaciones de temperaturas el sentido del tacto lo 'a a presenciar con maor grado, e 0n'ersamente le pasa a los que tienen un menor calor espec$fico.
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