LABORATORIO LABORATORIO DE FÍSICA II
I.
II.
OBJETIVOS •
Dete Deterrmina minaci ción ón del del equi equia ale lent nte e en a!ua a!ua del del ca cal" l"r# r#me metr tr" " de
•
alumini" Determinar el cal"r e$%ec#&c" de "'(et"$ $ólid"$
EQUIPOS / MATERIALES • • • • • • • • • • •
III.
FCF – UNMSM
) Equi%" de calentamient" ) S"%"rte unier$al ) Cal"r#metr" de me*cla$ ) +r"'eta !raduada, )-- ml ) Balan*a Mue$tra$ met.lica$ / Clam% ) 0arilla met.lica ) Termómetr" ) 0a$" de %reci%itad", 1-- ml A!ua %"ta'le
FUNDAMENTO TEORICO La cantidad de cal"r Q di$i%ad" " a'$"r'id" %"r cuer%"$ de la mi$ma $u$t $u$tan anci cia a e$ dir direc ecta tam mente ente %r"% %r"%"r "rci ci"n "nal al a la ari ariac ació ión n de la tem%eratura T2 Q Q ' = ∆ T ∆ T '
Tam'i3n, Tam'i3n, el cal"r cedid" cedid" " a'$"r'id" %"r %"r cuer%"$ di$tint"$, di$tint"$, %er" de la mi$ma $u$tancia, $"n directamente %r"%"rci"nale$ a la ma$a m2
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Q Q ' = m m '
El cal"r e$%ec#&c" 4c 5 de un cuer%" $e de&ne c"m"2 C =
dQ m dT 1
D"nde dQ e$ el element" de la cantidad de cal"r que intercam'ian l"$ cuer%"$ c"n el medi" que l" r"dea, mientra$ que dT e$ el element" de ariación de tem%eratura que e6%erimentan l"$ cuer%"$7 La cantidad de cal"r tran$8erida9a'$"r'ida %"r el cuer%" de%ende de la$ c"ndici"ne$ en que $e e(ecuta el %r"ce$"7 En la %re$ente e6%eriencia $e utili*ar. el m3t"d" de me*cla$ : el %r"ce$" de medida $e reali*ar. a %re$ión c"n$tante7
DETERMINACION DEL QUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO ( K ) Sea una %"rción de a!ua de ma$a ma dentr" de un cal"r#metr" de ma$a mcal am'"$ a una tem%eratura Ta. S"'re e$te c"n(unt" $e ierte a!ua de ma$a mb que inicialmente $e encuentra a tem%eratura Tb > Ta7 C"n$iderand" ca el cal"r e$%ec#&c" del a!ua, ccal el cal"r e$%ec#&c" del cal"r#metr" $e de(a que $e equili're el %r"ce$" de la me*cla a una tem%eratura llamada de equili'ri" Te. ma c a ( T e −T a ) + mcal c cal ( T e −T a )= mb c a ( T e −T b )
C"n$iderand" 2
K = mcal c cal
K =
(
mb c a T e −T b
( T
e
T a
−
)
)
−
ma c a
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DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DE UN METAL +ara determinar el cal"r e$%ec#&c" de un metal $e u$a una %"rción de a!ua de ma$a ma dentr" de un cal"r#metr" c"n equialente en a!ua K am'"$ a una tem%eratura Ta. S"'re e$te $i$tema $e $umer!e dentr" del a!ua un metal de ma$a mmetal que inicialmente $e encuentra a tem%eratura T b> Ta. C"n$iderand" ca el cal"r e$%ec#&c" del a!ua, cmetal el cal"r e$%ec#&c" del metal $e de(a que $e equili're el %r"ce$" de la me*cla a una tem%eratura llamada de equili'ri" Te7 Lue!" en el 'alance $e tiene2 ma c a ( T e −T a ) + K (T e−T a ) =m metal c metal ( T e −T b )
De$%e(and" $e "'tiene2 C metal =
( ma c a + K ) ( T e −T a ) − ma c a m metal ( T e −T b )
C"n"ciend" el cal"r e$%ec#&c" del a!ua : el equialente en a!ua del cal"r#metr", el cal"r e$%ec#&c" del cuer%" queda aut"m.ticamente determinad" 7
IV.
PROCEDIMIENTO DETERMINACION DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO
)7 Dentr" del cal"r#metr", ierta )/- ml de a!ua 4ma5 : mida la tem%eratura inicial del $i$tema Ta7 /7 En a$" de %#re6 ierta )-- ml de a!ua 4mb5 : %r"ceda a calentar ;a$ta que ;iera a una tem%eratura Tb7 <7 0ierta e$ta a!ua caliente dentr" del cal"r#metr" : e$%ere ) minut" %ara que lle!ue a equili'rar$e el $i$tema7 4. C"n un termómetr" mida la tem%eratura del $i$tema en equili'ri" Te.
17 determine la$ ma$a$ ma : mb del a!ua que $e u$an en e$te %r"ce$" : c"m%lete la Ta'la )7 TABLA 1
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ma ca
T a
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±
)/-
-7-1
) cal9!C ±
/<C
-71
mb
)-- ± -7-1!
T b
±
-71C
T e
1<
±
-71C
=7 U$and" la relación > determine el equialente en a!ua
del cal"r#metr" : an"te $u al"r7
? @ <-
DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DE UN METAL 1. Dentr" del cal"r#metr", ierta )1- ml de a!ua 4ma5 : mida la tem%eratura inicial del $i$tema Ta.
/7 C"n la 'alan*a de tre$ 'ra*"$ determine la ma$a del cilindr" de metal mmetal @ mAluminio : an"te e$te al"r en la ta'la / 7 <7 En a$" de %#re6 ierta 1-- ml de a!ua7 Su$%enda el termómetr" : el cilindr" de metal de alumini" c"m" $e mue$tra en la &!ura : %r"ceda a calentar el $i$tema c"n el mec;er" 'un$en ;a$ta que el !ua ;iera a la tem%eratura Tb7 >7 Intr"du*ca r.%idamente el cilindr" caliente dentr" del cal"r#metr" : cierre ;erm3ticamente : e$%ere ) minut" %ara que lle!ue a equili'rar$e el $i$tema7 5. C"n un termómetr" mida la tem%eratura del $i$tema en equili'ri" Te7 6. Determine la ma$a del a!ua m a : c"m%leta la ta'la / : u$and" la relación 1 determine el cal"r e$%ec#&c" del alumini"
TABLA 2 ma ca
)/- !
±
-7-1 !
) cal9!C
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T a
/<7)
maluminio
/7
T b
±
-7-1 C ±
-7-1 !
)--7) ± -7-1 C
T e
±
/17
-7-1 C
c aluminio
-7///= cal9!C
Eexp rel
-7-1>=
Eexp rel
17>=
7 Si!uiend" l"$ mi$m"$ %a$"$ anteri"re$ c"m%leta la ta'la < %ara el 'r"nce : u$and" la relación 1 determine el al"r de $u cal"r e$%ec#&c"7 TABLA 3 ma
±
)/- !
ca
-7-1 !
) cal9!C
T a
//71
mcobre
>7/
± ±
-7-1 C -7-1 !
T b
)-- ± -7-1 C
T e
/>7
±
-7-1 C
c cobre
-7)-- cal9!C
Eexp rel
-7-/<>-
Eexp rel
7/<>-
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7 Si!uiend" l"$ mi$m"$ %a$"$ anteri"re$ c"m%leta la ta'la > %ara el %l"m" : u$and" la relación 1 determine el al"r de $u cal"r e$%ec#&c"7 TABLA ma ca T a m plomo T b T e
V.
±
)/- !
-7-1 !
) cal9!C ±
/< ><7-
-7-1 C ±
-7-1 !
)--7/ ± -7-1 C /<7
±
-7-1 C
c plomo
-7-<>) cal9!C
Eexp rel
-7-=1=/1
Eexp rel
=71=/1
EVALUACION 1. Defna el calor específco de un material, cual es la dierencia con capacidad calorífca.
El cal"r e$%ec#&c" e$ una ma!nitud 8#$ica que $e de&ne c"m" la cantidad de cal"r que ;a: que $umini$trar a la unidad de ma$a de una $u$tancia " $i$tema term"din.mic" %ara elear $u tem%eratura en una unidad7 En !eneral el al"r del cal"r e$%ec#&c" de%ende del al"r de la tem%eratura inicial7 De 8"rma an.l"!a $e de&ne la ca%acidad cal"r#&ca c"m" la cantidad de cal"r que ;a: que $umini$trar a t"da la ma$a de una $u$tancia %ara elear $u tem%eratura en una unidad7 Se la re%re$enta c"n la letra 4 ma:G$cula 57
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2. Enumere y epli!ue tres uentes de error cometidos en este eperimento. Al m"ment" de me$clar la mue$tra 4cilindr"5 en el a!ua caliente $in t"car el 8"nd" del a$", %"r ell" n" $e "'tu" un calentamient" ;"m"!3ne" N" $e $umer!ió c"m%letamente la mue$tra 4cilindr"5 en el a!ua $in t"car el 8"nd" del reci%iente, l" que "ca$i"n" un calentamient" de$%r"%"rci"nad"7 Dem"ra al retirar el cilindr" del a!ua ;iriend" %ara lue!" intr"ducirl" en el cal"r#metr", l" que "ca$i"nó una ariación de $u tem%eratura al c"ntact" c"n la tem%eratura am'iental7
". #Qu$ es un calorímetro% y epli!ue su uso. E$ un reci%iente t3rmicamente ai$lante 4$i$tema adia'.tic"5 que encuentra a%licación %ara determinar e6%erimentalmente cal"r e$%ec#&c" de$c"n"cid"7 E6i$te un a!u(er" d"nde $e intr"duce un termómetr" que indica la tem%eratura ante$ de la me*cla : de$%u3$ de ;acerla, en el equili'ri" t3rmic"7
&. 'n(esti)ue cu*ntos tipos de calorímetros +ay en el mercado y cu*l es el uso de cada uno de ellos. CALORIMETRO DE C AMBIO DE ESTADO
E$te ti%" de cal"r#metr" n" e$ mu: u$ad"7 El cal"r a $er medid" 8unde una cantidad de $ólid" " ;iere una cantidad de l#quid"7 El medi" e$ta en equili'ri" t3rmic" : %"r e$" t"d" el cal"r entrante e$ u$ad" %ara %r"ducirle cam'i" de e$tad"7 CALORIMETRO DE FLUJO
La %"tencia e$ medida a tra3$ del cal"r de un Huid" que Hu:e a tra3$ de la car!a7 Una indicación de la %"tencia e$ dada %"r la $u'ida en la tem%eratura del Huid" %a$and" del "ri&ci" de entrada al de $alida7 características
La$ er$i"ne$ de !u#a$ de "nda$ utili*an c"m" Huid" de tra'a(" a!ua7 Mientra$ que el c"a6ial utili*a aceite : e$ c"n$truid" %ara 'a(a$ 8recuencia$7 Aire tam'i3n %uede $er u$ad", %er" el u$" de !a$e$ crea un %r"'lema adici"nal a cau$a del cal"r de'id" a la c"m%re$i'ilidad7 L"$ cal"r#metr"$ de Hu(" %ueden mane(ar ma:"re$ %"tencia$ que l"$ ti%"$ e$t.tic"$7 Su %rinci%al a%licación e$ %ara %"tencia$ de muc;"$ att$7 +ara medir la$ $u'ida$ de tem%eratura en un cal"r#metr" u$ualmente $e em%lean term"%ila$, termómetr"$ de re$i$tencia : al!una$ ece$ termi$t"re$7 MICROCALORIMETRO
E$ el ti%" de cal"r#metr" m.$ u$ad"7 E$trictamente ;a'land", n" e$ un medid"r de %"tencia %er" e$ un in$trument" %ara determinar la e&ciencia e8ectia de un m"nta(e '"l" m3tric"7 Fue "ri!inalmente inentad" %ara la cali'ración de metal Jire '"l"meter$, %er" termi$t"re$ : %el#cula$ '"l" m3trica$ tam'i3n %ueden $er cali'rad"$ %"r e$te m3t"d"7 -uncionamiento
Ante$ de c"men*ar la medición, el m"nta(e '"l" m3tric" e$ in$ertad" dentr" del cal"r#metr", d"nde actGa c"m" la car!a, cuand" la medición
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e$ c"m%letada el '"lómetr" e$ rem"id" : ent"nce$ %uede $er u$ad" c"m" una re8erencia cali'rada7 VI.
CONCLUSIONES •
•
•
•
VII.
De la e6%eriencia reali*ada $e c"nclu:e que el cal"r e$%ec#&c" de un cuer%" $e e6%re$a la cantidad de cal"r que de'e a'$"r'er un !ram" del cuer%" %ara ariar $u tem%eratura en un !rad" Cel$iu$7 Adem.$ $e c"nclu:e que $i un cuer%" %ierde " li'era cal"r e6i$te "tr" cuer%" que a'$"r'e " !ana e$a cantidad de cal"r, a l" que $e den"mina 'alance de ener!#a7 Se c"nclu:e tam'i3n que el cal"r#metr" e$ un in$trument" mu: Gtil %ara determinar cal"re$ e$%ec#&c"$ de$c"n"cid"$ de determinad"$ cuer%"$7 Tam'i3n $e c"nclu:e que %ara cuer%"$ c"n ma:"r cal"r e$%ec#&c" requieren m.$ cal"r %ara calentarl"$ : l"$ de men"r cal"r e$%ec#&c" men"r cal"r7
RECOMENDACIONES •
•
Se rec"mienda al m"ment" de me*clar la mue$tra 4cilindr"5 en el a!ua caliente $in t"car el 8"nd" del a$", %ara a$# "'tener un calentamient" ;"m"!3ne"7 Tam'i3n $e rec"mienda $umer!ir c"m%letamente la mue$tra 4cilindr"5 en el a!ua $in t"car el 8"nd" del reci%iente, %ara eitar un calentamient" de$%r"%"rci"nad"7
