OBJETIVO Comprender los conceptos de capacidad térmica y capacidad térmica específica y las unidades en las cuales pueden ser expresados e identificar sus diferencias además de identificar estas propiedades en el latón mediante la interacción de dos sistemas.
Problema A través de una interacción energética entre dos sistemas obtener la capacidad térmica y la capacidad térmica especifica de un metal.
Material y reactivos
5 cilindros de latón
1 termómetro de mercurio
1 termómetro digital
1 cronometro
1 probeta
1 vaso de poliestireno de 250 mL con tapa
3 baño de temperatura constante
1 vaso de precipitados de 250 mL
Hilo de nylon
Experimento 2
DATOS Y ANALISIS RESULTADOS Masa del agua 150 g C del agua = 1 cal /g °C Aluminio teórico: 0.214 cal /g °C
Núm. cilindros 1 2 3 4 5
4.72 4.43 4.38 4.42 4.41
Núm. cilindros 1 2 3 4 5
Δ E
Masa de metal (gramos)
Masa de metal (gramos) 4.72 4.43 4.38 4.42 4.41
Datos experimentales Masa total Temp. del metal Inicial del (gramos) metal °C 4.72 63 9.15 63 13.53 63 17.95 63 22.36 63
Hoja Masa total del metal (gramos) 4.72 9.15 13.53 17.95 22.36
Temp. Inicial del agua °C 20.2 20.6 21.3 22.2 23.4
de calculo T metal
42.4 41.7 40.8 39.6 38.2
T
20.6 21.3 22.2 23.4 24.8
H2O
0.4 0.7 0.9 1.2 1.4
sistema = - Δ E alrededores
U sistema = - U alrededores Qs + Ws = -(Qa + Wa) Qs = - Qa Q ganado = - Q cedido
Q ganado = m H2O*C H2O (Teq – T H2O) Q cedido = m metal * C metal (Teq – Tmetal) m H2O*C H2O (Teq – T H2O) = m metal * C metal (Teq – Tmetal) C metal = (m H2O*C H2O (ΔTH2O)/ (m metal * (ΔT metal)) C1metal=(150 H2O*1 H2O (0.4 ))/(4.72 metal*(42.2))= 0.299 cal/g°C
C2metal=(150H2O*1H2O(0.7))/(9.15metal*(41.7))= 0.275 cal/g°C C3metal=(150H2O*1 H2O (0.9))/ (13.53 metal * (40.8))= 0.245 cal/g°C C4metal =(150H2O*1H2O (1.2))/ (17.95 metal *(39.6))=0.253 cal/g°C C5metal=(150 H2O*1H2O (1.4))/ (22.36metal *(38.2))= 0.246 cal/g°C Porcentaje de error de cada una de las capacidades de los metales % error= (|experimental- teórico|/ teórico) x 100 C1 = (|0.299 – 0.214|/0.214) x 100 = 38 % C 2% error= (|0.275- 0.214|)/0.214) x 100= 22 % C3 = (|0.245 – 0.214|/0.214) x100 = 14 % C4 =(|0.253 – 0.214|/ 0.214) x 100 = 18 % C5 = (|0.246 -0.214|/0.214) x 100= 13%
en los resultados salió con un valor de erro considerable, consideramos además que nuestro sistema es cerrado e ideal para hacer el experimento, en la grafica dio una pendiente negativa aunque no sé si tenga una explicación, la ex plicación que yo le daría es que mientras más masa y mayor temperatura la capacidad térmica disminuye. Los errores experimentales pueden ser de mala medición o que hicimos mal experimento o que se perdió energía durante el traslado del materia al vaso.
MASA DEL ALUMINIO EN (g)(x) 4.72 1
Capacidad térmica cal/g °C (y) 0.299 cal/g°C
2
9.15
0.275 cal/g°C
3
13.53
0.245 cal/g°C
4
17.95
0.253 cal/g°C
5
22.36
0.246 cal/g°C
CONCLUSION
La energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a su diferencia de temperaturas recibe el nombre de calor. La unidad de la energía térmica es el Joule, pero aún se sigue utilizando la unidad del calor, la caloría. Cuando dos cuerpos se ponen en contacto térmico, fluye energía de sde el que está a mayor temperatura hasta el que está a menor temperatura, hasta que ambas se igualan esto quiere decir que llegan a un equilibrio térmico entre los dos sistemas, también puede dar lugar a un cambio de fase sin que exista variación de la temperatura del cuerpo. En este caso, la energía térmica Q es proporcional a la masa m de la sustancia por lo tanto esta energía provoca la dilatación de los cuerpos, las expresiones que cuantifican este e fecto de la energía t érmica son muy diferentes según el estado de la materia en el que se encuentren los cuerpos esto quiere decir que cada una de las sustancias o mate riales tienen diferentes capacidades térmicas y capacidades térmicas especificas ninguna es igual a otra en este caso nuestro material fue el latón que tiene una capacidad térmica y especifica que la determinamos mediante la capacidad calorífica del agua y sus diferencias de temperaturas entre el metal y el agua.
ACTIVIDADES SUGERIDAS PARA COMPLEMENTAR EL TEMA DE CAPACIDAD TERMICA
Reflexionar y responder 1. ¿Cómo es la capacidad calorífica específica de las sustancias cuyo aumento de temperatura es mayor: grande o pequeña? Pequeña 2. En los viejos tiempos era común llevarse objetos calientes a la cama en las noches frías de invierno. ¿Cuál de estos objetos sería más e ficaz: un bloque de hierro de 10 kg o una botella con 10 kg de agua caliente a la misma temperatura? Explicar la respuesta. Sería conveniente que se llevara el agua puesto que el agua tiene más capacidad de guardar el calor por mucho más tiempo que el hierro, el hierro se enfriaría más rápido por su capacidad térmica específica. 3. Dentro de un recipiente adiabático se ponen en contacto 100 g de oro a 100 °C con 12 g de cobre a 0 °C. Si la temperatura de equilibrio es de 73.5 °C y la capacidad térmica especifica del oro es 6.147 cal/mo l°C ¿cuál es el valor de la capacidad térmica especifica del cobre en cal/g°C?
m cobre *C cobre ( 73.5 eq – T cobre) = m oro * C oro (T oro – T eq) 12 g *C cobre ( 73.5 eq – 0 ) = 100g * 6.147 C cobre = ( 100g * 6.147
(100-73.5)
(12 g( 73.5 eq – 0 ))= 18.46 cal /g °C
(100-73.5))/
Aplicación del lenguaje termodinámico 1. Al sumergir las piezas de metal en el baño de agua, ¿qué materiales alcanzan e l equilibrio térmico? El aluminio y el termómetro. 2. ¿Cómo son las paredes o fronteras de las piezas de metal empleadas? Diatérmicas o térmicamente conductoras 3. ¿Qué parámetros experimentales se modifican durante cada una de las etapas de la práctica? La temperatura 4. ¿Qué parámetros experimentales se mantienen constantes durante cada una de las etapas de la práctica? La masa y la capacidad térmica del agua. Y el volumen de agua 5. En esta práctica no se toma en cuenta al calorímetro (vaso, termómetro, tapa) al plantear los balances energéticos. ¿Cómo afecta esto a los resultados? Suponemos que el vaso es un sistema aislado para que no cambie ni energía ni materia con los alrededores con paredes aislantes con paredes adiabáticas. 6. Explicar cuál es la diferencia entre capacidad térmica y capacidad térmica específica. La capacidad térmica es una propiedad extensiva depende de la masa, mientras que la capacidad térmica especifica es un propiedad intensiva no depende de la masa
