UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECÁNICA INGENIERÍA MECÁNICA INFORME DE LABORATORIO DE FISICA III
Integrantes: Carlos Loor- David Solis Semestre: Tercer Semestre “B”
Fecha: 20 de enero de 2015 1.- TEMA:
“Determinación
experimental del calor especifico de cada uno de los
materiales”
2.- OBJETIVOS: * OBJETIVO GENERAL: Determinar el calor específico de algunos materiales sólidos de cobre, zinc, aluminio, bronce y acero usando el calorímetro y agua a gua como sustancia cuyo valor de calor específico es conocido.
OBJETIVO ESPECIFICOS:
Conocer cómo cambia las dimensiones de un objeto, como resultado del cambio de
temperatura. Identificar las diferencias que existen ente el experimento teórico y experimento
experimental de los datos obtenidos de la practica. Identificar cual es el margen de error de cada una de las sustancias solidas
obtenidas.
INTRODUCCION: La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un cuerpo que está a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensación de frío, y al revés de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relación, no debemos confundir la temperatura con el calor.
Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se producen una transferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.
3.- MARCO TEORICO TEMPERATURA El concepto de temperatura se origina en las ideas cualitativas de “caliente” y “frío” basadas en nuestro sentido del tacto. Un cuerpo que se siente caliente suele tener una temperatura más alta, que un cuerpo similar que se siente frío. Esto es un tanto vago y los sentidos pueden engañarse. Sin embargo, muchas propiedades de la materia que podemos medir dependen de la temperatura. Para medir la temperatura de un cuerpo, colocamos el termómetro en contacto con él. Si queremos conocer la temperatura de una taza con café, introducimos el termómetro en él; al interactuar los dos, el termómetro se calienta y el café se enfría un poco. Una vez que el termómetro se estabiliza, leemos la temperatura. El sistema está en una condición de equilibrio, en la cual la interacción entre el termómetro y el café ya no causa un cambio en el sistema. Llamamos equilibrio térmico a dicho estado. Si dos sistemas están separados por un material aislante, como madera, espuma de plástico o fibra de vidrio, se afectan mutuamente con más lentitud. Las hieleras portátiles se fabrican con materiales aislantes para retardar el calentamiento del hielo y de la comida fría en su interior, que tratan de llegar al equilibrio térmico con el aire veraniego. Un aislante ideal es un material que no permite la interacción entre los dos sistemas; evita que alcancen el equilibrio térmico si no estaban en él inicialmente. Los aislantes ideales son sólo eso: una idealización; los aislantes reales, como los de las hieleras, no son ideales, así que finalmente su contenido se calentará. Figura 1. Cambio de Temperatura.
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=temperatura&biw=1366&bih=667
CALOR ESPECÍFICO Usamos el símbolo Q para cantidad de calor. Cuando el calor está asociado a un cambio de temperatura infinitesimal dT , lo llamamos dQ. Se observa que la cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de una masa m de cierto material de T 1 a T 2 es aproximadamente proporcional al cambio de temperatura DT 5 T 2 2 T 1 y a la masa m del material. Si calentamos agua para hacer té, necesitamos el doble de calor para dos tazas que para una, si el intervalo de temperatura es el mismo. La cantidad de calor requerida también depende de la naturaleza del material; se requieren 4190 J de calor para elevar la temperatura de 1 kilogramo de agua 1 C°, pero sólo 910 J para elevar en 1 C° la temperatura de 1 kilogramo de aluminio. Juntando todas estas relaciones, tenemos: Q 5 mc DT (calor requerido para cambiar la temperatura de la masa m)
Ec ( 3.1)
Donde c es una cantidad, diferente para cada material, llamada calor específico del material. Para un cambio infinitesimal de temperatura dT y la cantidad de calor correspondiente dQ, dQ 5 mc dT
E c( 3.2)
Ec ( 3.3)
Figura 2. Calor Especifico
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=temperatura&biw=1366
Tabla. 3.1 Calor Específico
Fuente: http://www.sc.ehu.es/web/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro Tabla 3.2 Calor Especifico
Fuente: http://www.google.com.ec/imgres?imgurl=http://iesdmjac.educa.aragon.es
Tabla 3.3 Calor Epecifico
Fuente: http://www.google.com.ec/imgres?imgurl=http://4.bp.blogspot.com/
CANTIDAD DE CALOR Si metemos una cuchara fría en una taza con café caliente, la cuchara se calienta y el café se enfría para establecer el equilibrio térmico. La interacción que causa estos cambios de temperatura es básicamente una transferencia de energía de una sustancia a otra. La transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia de temperatura se denomina flujo de calor o transferencia de calor , en tanto que la energía así transferida se llama calor. 1 cal = 4.186 J 1 kcal = 1000 cal = 4186 J 1 Btu = 778 ft * lb = 252 cal = 1055 J Q = m·Ce· (Tf-Ti)
Ec ( 3.4)
La cantidad de calor recibida o cedida por un cuerpo se calcula mediante esta fórmula, en la cual m es la masa, Ce es el calor específico, Ti es la temperatura inicial y Tf la temperatura final. Por lo tanto Tf – Ti = ΔT (variación de temperatura). Figura. 3: Cantidad de Calor
Fuente: https://www.google.com.ec/search?biw=1366&bih=624&source=lnms&tbm=isch
EL MÉTODO DE LAS MEZCLAS Consiste en el equilibrio y conservación de la energía, puesto que si se mezclan dos cuerpos de distinta temperatura. Se tendrá que el calor que cede un cuerpo es igual al calor que gana el otro cuerpo.
=
Ec ( 3.5)
Figura 4. : Método de las mezclas
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=EL+M%TODO+DE+LAS+MEZCLAS
CALOR ABSORVIDO Y CEDIDO El efecto más inmediato de la transferencia de calor de un cuerpo a otro es el cambio de temperatura; se engría el que lo cede y se caliente el que recibe el calor. La cantidad de calor que un cuerpo cede o recibe depende de tres factores:
La variación de la temperatura que se desea conseguir.
La masa del cuerpo que se caliente o enfríe.
La naturaleza del cuerpo.
La expresión matemática que reúne estos tres factores da el resultado del valor del calor absorbido o cedido por un cuerpo.
Ec ( 3.6) Q = calor absorbido o cedido. m = masa del cuerpo. = temperatura superior. = temperatura inferior. = cambio de temperatura.
C = calor especifico.
4.- MATERIALES:
Acero
Aluminio
Zinc
Cobre
EQUIPOS:
Calorímetro de doble vaso
Termómetro
Soporte universal
Rejilla
Vasos de precipitación
Pinzas
Espátula
Mechero
5.- PROCEDIMIENTO 1) Pesar la masa de los sólidos en una balanza eléctrica. 2) Poner 2000ml de agua en el vaso de precipitación. 3) Colocar el vaso de precipitación en el soporte universal y encender para que la temperatura llegue hasta una temperatura máxima. 4) Colocar el sólido en el vaso de precipitación para que alcance su temperatura máxima. 5) Luego colocar los 100 milímetros o 100 g de agua fría para determinar cuánto es en el calor específico del calorímetro. 6) Medir la temperatura del agua fría con un termómetro y del agua que se calentó. 7) Hervir el agua junto con el material y esperar unos minutos hasta que este hierva y hasta que llegue su máxima temperatura posible. 8) Colocar el material aumentado su temperatura dentro del calorímetro y luego medir la temperatura final.
9) Calcular el calor especifico de cada uno de los sólidos con sus respectivas temperaturas.
6.- CALCULOS Y RESULTADOS PESOS: Calorímetro y termómetro = 342,62g Calorímetro y agua = 505,94g Temperatura Inicial del calorímetro = 19 C
Tabla 6.1. Pesos y Temperaturas MATERIAL Acero Aluminio Zinc Cobre Fuente: Los Autores
PESO (g)
TEMPERATURA INICIAL Ti ( C)
TEMPERATURA FINAL Tf ( C)
168,41 86,57 121,8 169,10
79 85 70 78
23 25 21 23,5
Tabla 6.2 Simbología Símbolo
Significado Calor Específico Masa del agua fría Masa del agua caliente Temperatura final Temperatura inicial Calor Específico del hierro Masa del agua
Fuente: Los Autores
Símbolo
∆Tm CCeeA Zn CCeeu C
Significado Variación de temperatura Masa del calorímetro Calor Específico del aluminio Calor Específico del zinc Calor Específico del cobre Calor específico del calorímetro Calor Específico del agua
CALORES ESPECIFICOS Calorímetro.
− = −− − Ce = 1cal/g℃ 200g77−50℃−100g50−19℃ 342,52g50−19℃ Ce =0,216 cal/g℃
ACERO
∆ = ∆+ ∆ 1calg ℃)23−19℃+342,62g0,216cal/g℃ 23−19℃ 200g( CeF = 168,41g79−23℃ =, /℃
ALUMINIO
∆ = ∆+ ∆ 1calg ℃)25−19℃+342,62g0,216cal/g℃ 25−19℃ 200g( CeA = 86,57g85−23℃
=, /℃
ZINC
∆ = ∆+ ∆ 1calg ℃)21−19℃+342,62g0,216cal/g℃ 21−19℃ 200g( CeZn = 121,80g70−21℃
=, /℃
COBRE
∆ = ∆+ ∆ 1calg ℃)23,5−19℃+342,62g0,216cal/g℃ 23,5−19℃ 200g( Ceu = 169,1g78−23,5℃ =, /℃ MARGEN DE ERROR:
Diferencia relativa entre el valor teórico y el valor experimental del calor especifico.
%( − . )∗
ACERO
ALUMINIO.
ZINC.
COBRE.
%= − ∗ 1 2 %=| 0,114−0, 0,114 |∗100 %=, 2 29 %=| 0,215−0, 0,215 |∗100 %=, 0 918 %=0,092−0, 0,092 ∗100 %=, 1 29 %=0,093−0, 0,093 ∗100 %=,
DESVIACIÓN DEL ERROR
= √ 5,26+6,51+0, 22+38,7 =±, = .− .
ERROR DE CADA MATERIAL
=0,12−0,114 =±,. Tabla 6.3 Margen de Error MATERIAL
Ce Experimental
Ce Tabla
% Diferencia
Error
Acero Aluminio Zinc Cobre
0,12 0,20 0,091 0,13
0,11 0,22 0,092 0,093
5,26 6,51 0,22 38,7
± 0,006 ± 0,014 ± 0,0002 ± 0,036
Fuente: Autores DISCUSIÓN:
Como podemos observar claramente en los datos tenemos la temperatura inicial de cada cuerpo que es indispensable para la obtención de nuestro resultado y que también que el calor especifico sea correcto para poder obtener un resultado favorable.
En los cálculos que nos dan es para calcular el calor especifico y comprobamos que
verdaderamente
se
obtiene
un valor
aproximado al que
nos
pedían
encontrar pero como vemos los valores nos salieron correcto.
Con el valor obtenido del calor especifico de la muestra podemos concluir de que material con el que estábamos experimentando y era cuerpos sólidos como cobre, aluminio, zinc, acero.
Cada uno de los errores obtenidos es el correcto, porque la aplicación de la fórmula
para
calcular
el error
fue
indispensable. Como siempre debemos
recordar que una medición nunca puede anotarse, sin que lleve su respectivo error ya sea que la medición sea directa o indirecta.
7.- CONCLUSIONES 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 concluyo que
el margen de error es grande por que los datos son
pequeños. Se pudo concluir calculando los valores los calores específicos de cada uno de
los compuestos Se dedujo mediante la práctica que el calor especifico es constante hasta que
desarrolle un equilibrio térmico.
8.- ANEXOS: Imagen 8.1. Calentamiento del Acero en agua
Fuente: Autores Imagen 8.2. Calentamiento del Zic en agua
Fuente: Autores
Imagen 8.3. Calentamiento del Aluminio en Agua
Fuente: Autores
Imagen 8.4. Calentamiento del Cobre en agua
Imagen 8.5. Peso del Aluiminio
Fuente: Autores
Fuente : Autores
Imagen 8.6. Peso del Cobre
Fuente: Autores
Imagen 8.7. Peso del Acero
Fuente: Autores
Imagen. 8.8 Temperatura del Aluminio en agua caliente
Fuente: Autores Imagen 8.9. Temperatura del Calorimetro con agua y su peso.
Fuente: Autores
Imagen. 8.10 Peso del Calorímetro
Fuente: Autores.
Imagen. 8.11 Sólidos ( Aluminio, zinc, cobre, acero)
Fuente: Autores
9.- BIBLIOGRAFIA: SEARS ZEMANSKY, Fisica Univrsitaria , Decimosegunda Edicion, Mexico 2009,pag 523 – 525. OSSORIO MIGUEL A., Transferencia de calor y temperatura, 4ta edición, Oruro Bolivia 2007, Granville, pág. 252-255.
LINKOGRAFIA: http://www.monografias.com/trabajos82/mediciones-errores-laboratoriofisica/mediciones-errores-laboratorio-fisica.shtml http://www.si-educa.net/intermedio/ficha37.html
