PROLOGO El prese present nte e info informe rme de labor laborat atori orio o de físi física ca,, que que tien tiene e por por títu título lo “CALO “CALOR R ESPECIICO! la cual pertenece a la secci"n que se encuentra ba#o la direcci"n del in$% &os' Pac(as, profesor del curso de física II de la facultad de in$eniería )ec*nica Con este e+perimento se pretende que el estudiante de in$eniería obsere el “CALOR “CALOR ESPECIICO ESPECIICO!! - a partir de ello identifique identifique las principales principales ma$nitudes ma$nitudes que interienen, - isualice los alores que 'stas toman en distintos casos, así como las ariaciones que e+perimentan en diersos instantes - posiciones% .ambi'n es una nuea oportunidad que tenemos los alumnos pertenecientes al $rupo, para poder dar un aporte que sea /til a nuestros compa0eros, con los cuales intercambiaremos informaci"n sobre el tema desarrollado, resultados, así sacar conclusiones, conclusiones, con las cuales sacar recomendaciones recomendaciones para me#orar me#orar el e+perimento reali1ado% 2ueremos a$radecer a la facultad de ciencia por el pr'stamo de su laboratorio, adem*s adem*s al in$% in$% &os' &os' Pac(as Pac(as por el tiempo tiempo brindado brindado (acia (acia nosotr nosotros os - por su conocimiento que nos transmite en cada e+perimento%
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345ICE Prolo$o
6
3ndice
7
Ob#etios
8
Representaci"n esquem*tica
9
undamento .e"rico
:
Procedimientos
;
66
C*lculos - resultados
67
Conclusiones
6=
Recomendaciones
6>
?iblio$rafía
6;
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O?&E.I@OS 5eterminar la capacidad calorífica de un calorímetro - determinar el calor específico de diferentes muestras solidas mediante el uso de un modelo din*mico sencillo% Estudiar el efecto de la transferencia de calor entre el calorímetro - la muestra a anali1ar% @erificar e+perimentalmente las distintas ecuaciones de cantidad de calor 2B% Aplicar la Le- de Equilibrio .'rmico a sistemas termodin*micos% .ambi'n aplicar la conseraci"n de la ener$ía en sistemas con transferencia de calor% Afian1aremos los conceptos de calor, temperatura, calor específico, capacidad calorífica%
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REPRESE4.ACI4 ES2DE).ICA
4
D45A)E4.O
.ERICO
CALOR Es la transferencia de ener$ía t'rmica desde un sistema a otro de menor temperatura que flu-e espont*neamente se$/n lo describe la termodin*mica% Esta transferencia de calor puede usarse en la mec*nica para reali1ar traba#o sobre al$/n sistema de a(í sus aplicaciones% )atem*ticamente la transferencia de calor proocado por una ariaci"n de temperatura puede describirse comoF
A(ora si consideramos el ce Calor específico del materialB constanteF
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de a(í la e+presi"n quedaría comoF
5onde H..7J.6 K @ariaci"n de temperatura%
transmisi"n de calor
UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR En el Sistema Internacional de Dnidades es la misma que la de la ener$ía - el traba#oF el &oule unidad de medidaB &oule% Otra unidad ampliamente utili1ada para la cantidad de ener$ía t'rmica intercambiada es la caloría calB, que es la cantidad de ener$ía que (a- que suministrar a un $ramo de a$ua a 6 atm"sfera de presi"n para elear su temperatura de 69,: a 6:,: $rados Celsius% La caloría tambi'n es conocida como caloría peque0a, en comparaci"n con la ilocaloría McalB, que se conoce como caloría $rande - es utili1ada en nutrici"n%
&oule, tras m/ltiples e+perimentaciones en las que el moimiento de unas palas, impulsadas por un #ue$o de pesas, se moían en el interior de un recipiente con a$ua, estableci" el equivalente mecánico del calor ,
6
determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los ro1amientos producidos por la a$itaci"n de las palasF
El #oule &B es la unidad de ener$ía en el Sistema Internacional de Dnidades%
CAPACIDAD CALORÍFICA Se define como la cantidad de calor $anado o cedido que necesita la masa de una sustancia para que la temperatura ari' en un $rado%
Siendo las unidadesF CalNC, Mcal% NM$% C, &NC%
CALOR ESPECÍFICO El calor específico es la ener$ía necesaria para elear 6 C la temperatura de una masa determinada de una sustancia% El concepto de capacidad calorífica es an*lo$o al anterior pero para una masa de un mol de sustancia en este caso es necesario conocer la estructura química de la mismaB% El calor específico es un par*metro que depende del material - relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperaturaF
5ondeF QF es el calor aportado al sistema M: es la masa del sistema C: es el calor específico del sistema 7
ΔT: es el incremento de temperatura que e+perimenta el sistema
Las unidades m*s (abituales de calor específico sonF
EL CALORÍMETRO: El calorímetro es un instrumento que sire para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos% Es decir, sire para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos% Este recipiente, se encuentra aislado conenientemente con el prop"sito de eitar perdidas de calor cu-as paredes est*n (ec(as de materiales aislantes t'rmicos Se usa para estudiar me1clas caloríficas para conserar sustancias a temperatura constante%
PROCE5I)IE4.OS
Determinar la capacidad caloríica del calorímetro Primero procederemos a calcular el la capacidad calorífica del calorímetro, para eso colocaremos una cantidad de masa )aB de a$ua en el calorímetro - le medimos la temperatura .aB a la que se encuentre% Otra cierta cantidad )bB de a$ua en la olla% Esta se calentar* (asta una temperatura .bB, para lue$o me1clar ambas - establecido el equilibrio .eB utili1ar la f"rmula para calcular el Ce calor específico del calorímetroB% Dna e1 obtenido el Ce, se procede a calcular la capacidad calorífica CcB multiplicando la masa del calorímetro por el Ce%
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Olla fría en medici"n
)aB de a$ua
Calor e!pecíico de !"lido! Para calcular los calores específicos de los solidos utili1ados Aluminio,
Apunto de calentar el s"lido Dna e1 reali1ado este paso, se debe proceder a introducir el s"lido en el recipiente de .aB su#et*ndose de las pin1as (asta alcan1ar la temperatura de equilibrio .eB% Reali1ar estos pasos para obtener los Ce de cada s"lido%
S"lido calentado
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CALCDLOS RESDL.A5OS #$%Determinaci"n de la capacidad caloríica &o e'(i)alente en a*(a+ del calorímetro$
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T, 11/C
#
T, -./C
1
31O #2.ml
31O 1..ml
T , 21/C 31O 02.ml
0
Esquema del equilibrio t'rmico entre a$ua fría - calienteB con el calorímetro% C*lculo de la capacidad calorífica del termo Q 1+ Q 2 = Q 3
m1 . ( c e agua ) ( T −T a ) + m ( c e calorímetro ) ( T −T a )=m 2 ( c e agua ) ( T b −T )
( ) ( −22 ) + m ( c e calorímetro ) ( 52−22 )=200. ( 1)( 80−52 )
150 . 1 52
C =m. c e =36.67
cal g℃
La capacidad calorífica del termo esF
36.67
cal g℃
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1$%Calor e!peciico de !"lido! Determine (!ted el calor e!peciico del metal &#+$
T# , 10/C
T1 , 7./C
Metal &#+ 57$#*
31O 1..ml
T0, 15/C 31O 1..ml 6 metal
Equilibrio t'rmico del metal con el a$ua% 2$anado J 2perdido )a$ua%Cea$ua%.8 .6B QCc%.8 .6B J m metal%Ce% .8 .B 7$B%6 CeB%79
cal g℃ ℃
B%79
J >
Ce , .$#.410
℃
J 78
℃
B Q 8=,==>79
℃
J 78
℃
B J 9>,6 $B%
℃¿
cal g℃
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Determine (!ted el calor e!peciico del metal &1+$
T# , 11/C
T1 , 4./C
metal #2898*
31O 1..ml
T0, 1-/C 31O 1..ml 6 metal
Fi*(ra #0$ Equilibrio t'rmico entre el metal - el a$ua
2$anado J 2perdido )a$ua%Cea$ua%.8 .6B QCc.8 .6B J m metal%Ce% .8 .metalB 7 $B%6 $B% CeB%7;
cal g℃ ℃
B%7; J
Ce , .$00.-
℃
J 77
℃
B Q 8=,==>B7;
℃
J 77
℃
B J 6:=,=
℃¿
cal g℃
15
T ,--/C
Determine (!ted el calor e!peciico del metal &0+$
T# , 18/C
T1 , -./C
Metal &0+ 77*
31O #..ml
T0, 05/C 31O 1..ml 6 metal
Equilibrio t'rmico del metal con el a$ua% 2$anado J 2perdido )a$ua%Cea$ua%.8 .6B QCc%.8 .6B J m metal%Ce% .8 .B 6$B%6 CeB%89
cal g℃ ℃
B%89
J ;
Ce , .$0.-87
℃
J 7=
℃
B Q 8=,==>89
℃
J 7=
℃
B J >> $B%
℃¿
cal g℃ 16
CO4CLDSIO4ES Se conclu-e que el equilibrio t'rmico se establece entre sustancias en contacto t'rmico por la transferencia de ener$ía, en este caso calorK para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conseraci"n de ener$ía -a que al no efectuarse traba#o mec*nico la ener$ía t'rmica total del sistema se mantiene% .ambi'n se conclu-e que cuando un cuerpo $ana calor T. es positia, lo que corresponde a que la ener$ía t'rmica flu-e (acia el sistema, cuando un cuerpo pierde calor su T. es ne$atia es decir la ener$ía t'rmica flu-e (acia fuera del sistema% Con estos metales podemos concluir que distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar ener$ía interna al i$ual que para absorber ener$ía -a que una parte de la ener$ía (ace aumentar la rapide1 de traslaci"n de las mol'culas - este tipo de moimiento es el responsable del aumento en la temperatura%
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RECO)E45ACIO4ES Se recomienda el uso de $uantes aislantes del calor, para preenir cualquier accidente de quemadura, -a que se traba#a a temperaturas ma-ores a :UC% Adem*s no se debe e+ceder los 6 UC -a que es las peli$roso% Se recomienda que la e+periencia se realice con muc(o cuidado - rapide1 para que al momento de aciar el a$ua al termo no se disipe muc(o calor al medio e+terior% Se recomienda (acer el e+perimento tres eces para así traba#ar con ma-or precisi"n - que el resultado se apro+ime m*s al real% Para la primera parte de la e+periencia, se recomienda (umectar la ollita antes de aciar el contenido de la probeta a fin de compensar las p'rdidas de masa de a$ua%
?I?LIOGRA3A 18
6% )anual de pr*cticas de laboratorio de física, 7, p*$% 68% 7% Paul A% .ipler, Gene )osca, ísica para ciencias - tecnolo$ía% Editorial Reerte S%A%, ?arcelona, Espa0a, 76% 8% Ant(on- ?edford, Vallece oWler% )ec*nica para In$enieríaF Est*tica tomo IB - 5in*mica tomoIIIB, :ta edici"n, Editorial Pearson S%A% de C%@% )'+ico 7>% 9% Ra-mond A% SerWa-% ísica para Ciencias e In$eniería, con ísica )oderna, @olumen I, s'ptima edici"n, Cen$a$e Learnin$ S%A% de C%@% )'+ico%
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