UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULT FACULTAD AD DE INGENIERÍA INGENIER ÍA MECÁNICA
FÍSICA 2 (MB224) INFORME DE LABORATORIO N°5: TEMA:
CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS
INTEGRANTES: GÓMEZ CASAS RENZO JESÚS
CÓDIGO: 20151143J
ÑIU!N SANTIAGO JEAN PIERRE
CÓDIGO: 2014043"J
SECCIÓN: #E$
PROFESOR: ING% PAC&AS JOS!
2016
PROLOGO
Si tenemos dos recipientes del mismo material que contienen una cantidad específica de agua. Si a uno de ellos le echamos alcohol y al otro una esfera de plomo, ambos a la misma temperatura e igual cantidad de masa. Observaremos que en los dos casos la temperatura de equilibrio no será la misma. ¿A qué se debe dicho fenmeno! ¿"or qué el termmetro no indica la misma temperatura de equilibrio! # para no irnos tan le$os a lo que queremos llegar. Si en nuestra casa de repente tocamos con una mano una silla de madera, y con la otra mano, una silla de fierro, en ambos casos la sensacin de frio o calor no va a ser la misma. %a mano que toc la silla de madera no e&perimentará sensacin de frio o de calor' mientras que en la mano que toc la silla de fierro e&perimentará una sensacin de frio. ¿A qué se debe este fenmeno! ¿"or qué si estando a la misma temperatura ambiente, una silla nos parece más fría que la otra! (ueno, toda esta clase de preguntas serán resueltas con el estudio de los temas de física como) la temperatura y calor, propagacin de calor y termodinámica. *n este informe se hablara acerca de la densidad y tensin superficial con el ob$etivo de calcular e&perimentalmente la densidad y tensin superficial de los cuerpos que se plantean en el informe. *n la primera parte del informe, se determinará la capacidad calorífica del calorímetro que usamos para combinar dos cantidades de masa. *n la segunda parte del informe, se determinará el calor específico para + slidos los cuales se calentaron a la misma ve que calentamos la masa en la olla.
1) OBJETIVOS: • •
•
-eterminar el calor específico de muestras slidas. -eterminar e&perimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro de meclas. econocer al calor como una forma de energía.
2) MARCO TEÓRICO: D!"#$%$: /agnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. 0sualmente se simbolia mediante la letra 1 del alfabeto griego. %a densidad media es la ran entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Si un cuerpo no tiene una distribucin uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesin de peque2os vol3menes decrecientes 4convergiendo hacia un volumen muy peque2o5 centrados alrededor de un punto, siendo la masa contenida en cada uno de los vol3menes anteriores, la densidad en el punto com3n a todos estos vol3menes es)
D!"#$%$ R&%'#%: %a densidad relativa de una sustancia es la relacin e&istente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia' en consecuencia, es una magnitud adimensional. "ara los líquidos y los slidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presin de 6 atm y la temperatura de 7 89. *n esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 6::: ;g
E*+, -#$./"''#/: 3.#!#*#/ $ A.+$" *l principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que) >0n cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empu$e de aba$o hacia arriba
igual al peso del volumen del fluido que desalo$a?. *sta fuera recibe el nombre de empu$e hidrostático o de Arquímedes, y se mide en @eton 4en el SB5. *l principio de Arquímedes se formula así)
-onde E es el empu$e, 1 f es la densidad del fluido, V el >volumen de fluido desplaado? por alg3n cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleracin de la gravedad y m la masa, de este modo, el empu$e depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad e&istente en ese lugar. *l empu$e 4en condicin normal y descrita de modo simplificado5 act3a verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalo$ado por el cuerpo.
E"'%7#&#$%$ $ +.*/" 8&/'%!'" 9 "+.#$/": %a estabilidad de un cuerpo parcial o totalmente sumergido es vertical y obedece al equilibrio e&istente entre el peso del cuerpo 4C5 y la fuera de flotacin 4D D5)
DD E C
4en el equilibrio5
Ambas fueras son verticales y act3an a lo largo de la misma línea. %a fuera de flotacin estará aplicada en el centro de flotacin 49D5 y el peso estará aplicado en el centro de gravedad 49F5.
T!"#;! S+*.8##%&:
Se denomina tensin superficial de un líquido a la fuera espacial entre un espacio de otro, seg3n su fuera superficial. *sta definicin implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. *ste efecto permite a algunos insectos, como el apatero, poder desplaarse por la superficie del agua sin hundirse. %a tensin superficial 4una manifestacin de las fueras intermoleculares en los líquidos5, $unto a las fueras que se dan entre los líquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. 9omo efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un líquido en la ona de contacto con un slido. Otra posible definicin de tensin superficial) es la fuera que act3a tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. %as fueras cohesivas entre las moléculas de un líquido son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial.
%a fuera F es independiente de la longitud x de la lámina. Si desplaamos el alambre desliante una longitud G x , las fueras e&teriores han realiado un traba$o F G x , que se habrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. 9omo la superficie de la lámina cambia en G S=Hd G x 4el factor H se debe a que la lámina tiene dos caras5, lo que supone que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de energía. Si llamamos a ɣ la energía por unidad de área, se verificará que
%a tensin superficial depende de la naturalea del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. *n general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fueras de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin térmica. %a influencia del medio e&terior se comprende ya que las moléculas del medio e$ercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido. Iensin superficial de los líquidos a H:J9
L'()*+, Aceite de oliva
-10.3 N/ 33.06
Agua
72.8
Alcohol etílico
22.8
Benceno
29.0
Glicerina
59.4
Petróleo
26.0
4) RE3RESENTACIÓN ES
0n calorímetro de meclas. 0n termmetro. 0n mechero a gas. 0na olla 4para calentar agua5. 0n soporte universal. 0na balana. 0n matra de H:: HK: ml. + pieas de material slido. Agua.
D'.#!%#;! $ &% %*%#$%$ %&/.8#% $& %&/.'./>
9oloque dentro del calorímetro una cantidad m a de agua a temperatura menor que la del ambiente. -e$ar que se estableca el equilibrio y medir la temperatura de equilibrio Ia. 9alentar agua en la olla a una temperatura I b y colocar una cantidad mb de esta agua en el calorímetro. /edir la temperatura de equilibrio.
C%&/. "*8#/ $ ";&#$/"
9olocar una cantidad m a de agua en el calorímetro y de$e que se estableca el equilibrio. /edir la temperatura I a.
Sumergirlo en agua caliente, hasta elevar la temperatura del solido
hasta una temperatura I b. Sumergir este cuerpo con temperatura I b al agua de temperatura I a y medir la temperatura de equilibrio I.
5) C=LCULOS ? RESULTADOS: D'.#!%#;! $ &% %*%#$%$ %&/.8#%: Lagua en el calorímetroEL A.9.E6K: mlEL6 9omo es agua su masa es 6K:g Lagua en la ollaEL A.O.E M: mlELH 9omo es agua su masa es M:g IaE HH89EI6 Ib 4después de calentar el agua de la olla5 E N89EI H Al unir las dos cantidades de agua se llega a un equilibrio, midiendo con el termmetro el equilibrio) I eE ++89 Si) GPE:QQ 4R5 49e56& 4m65 & 4IeI65T 49e5H& 4mH5 & 4IeIH5T 49e5 calo & 4mcalo5 & 4IeI65E: %a temperatura del calorímetro es la misma que la del agua en el calorímetro. *ntonces la temperatura en el calorímetro es igual a I 6. Además) 49e5 calo & 4mcalo5E9alorímetroEcapacidad calorífica del calorímetro 9on todo esto la relacin 4R5 queda) 49e56& 4m65 & 4IeI65T 49e5H& 4mH5 & 4IeIH5T 9alorímetro & 4IeI65E: eemplaando datos)
465 & 46K:5 & 4++HH5T 465 & 4M:5 & 4++N5 T 49 alorímetro5 & 4++HH5E: 9alorímetroE6HU.6U6U cal<89
C%&/. "*8#/ $ &/" ";&#$/"
6) RECOMENDACIONES:
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"rocurar que todo el volumen de los tres slidos se encuentren sumergidos, cuando se esté calentando el agua de la olla y que a la ve calienta a los slidos. Iraba$ar con instrumentos que nos proporcionen errores mínimos en los cálculos. "or e$emplo, usar un termmetro de buena presicin. 9alentar hasta una cantidad considerable de temperatura, sin pasar o llegar cerca a los 6::8 9 para no tener problemas con la ebullicin. *fectuar la limpiea respectiva en la ona de elaboracin del e&perimento, para un me$or desarrollo de este.
@) CONCLUSIONES ? COMENTARIOS: •
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*l calor es la energía que se transfiere de un ob$eto a otro debido a una diferencia de temperaturas. *l calor de$ará de fluir de un cuerpo de alta temperatura a otro de ba$a temperatura, hasta que sus temperaturas se igualen. %a capacidad calorífica es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en un grado. Al realiar una e&periencia de calorimetria, siempre e&istiran perdidas de calor al ambiente, y es nuestro deber hacer que estas perdidas sean minimas para lograr una buena apro&imacion de lo que queremos hallar. *&isten slidos de calor específico practicamente despreciable4plomo5 y es así que al someterlo en contacto térmico con una sustancia de diferente temperatura,la temperatura del sistema no tiene una variacion considerable. Al sacar cualquiera de los slidos sometidos en agua caliente para luego ponerlo en el calorímetro, se puede apreciar una pérdida de calor, es decir,
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se entrega calor al ambiente y es por ello que el proceso debe ser inmediato , para que este calor perdido sea mínimo. @otamos que la transferencia de calor se da instantaneamente y que la temperatura de equilibrio esta acotada por la temperatura má&ima y mínima.
) BIBLIOGRAFÍA: a5 b5 c5 d5 e5 f5
/anual de %aboratorio de Dísica Seray Ned, V%ibro para ciencia e ingenieríaW http)<
