LABORATORIO calor especifico
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INTRODUCCION
En este laboratorio estudiaremos el calor especifico de fierro Y del aluminio utilizando el método de mesclas remplazando en la ecuación todos los datos menos el calor especifico y también determinaremos la capacitada calorífica del calorímetro valiéndonos para esto del meto de mesclas luego precisaremos la temperatura de un curo incandescente e Sin hacer uso de un termómetro para determinar su temperatura sino que utilizaremos el principio de temperatura de equilibrio
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OBJETIVO GENERAL Este informe informe de laboratorio guiara la forma de hallar el calor especico de un sólido a través de un pr proc oces eso o únic único o ya establecido arbitrariamente donde se llevan a cabo diversidad de sucesos que involucran los diferentes conceptos ter termodi modiná námi mico cos s que que prev previa iame ment nte e se debe deben n tene ener para para su correcta realización y un buen cálculo de los calores especícos a determinar.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ! #!
'!
+!
"eterminar el calor especíco de un cuerpo sólido por el método de las mezclas. "eterminar la temperatura de un cuerpo incandescente $al ro%o o%o vivo vivo!& !& cuyo cuyo calo calorr espec especic ico o es cono conoci cido& do& usan usando do el método de las mezclas. (er capaz de congurar e implementar equipos para toma de dato datos s e)per )perim imen enta tale les s y reali ealiza zarr un anál anális isis is grá gráco co utilizando como herramienta el soft*are soft*are "ata (tudio. ,til ,tiliz izar ar el sof soft*ar *are "ata ata (tud (tudio io para para veri erica caci ción ón de parámetr etros esta stadíst dístic ico os resp especto cto a la info nformación registrada.
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MATERIALES -
-omputadora personal con programa "ata (tudio instalado nterface ,(/ 0in1 (ensor de temperatura /alanza -alorímetro -uerpo metálicos problema 2ollo de cobre 3robeta 3robeta graduada 4aso precipitados 3inza universal # 5uez doble # /ases $! 4arillas $! 6uente 6uente de calor 7gitador.
figura 1 materiales de segundo laboratorio
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1. INDICA INDICACIO CIONES NES DE SEGU SEGURID RIDAD AD Implementos e se!"#$% e "so o&l$!%to#$o •
•
N+
An'l$s$s e T#%&%(o Se!"#o )ATS* TAREAS Re,ep,$-n m%te#$%les
RIESGOS IDENTIFICADOS
MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO eC"$% %o ,on l% ,$% e Ase! Ase!"# "#es ese e " "e e los los m%te m%te#$ #$%l %les es o&(etos est/n en &"en est%o
Inpl Inplem emen ent% t%,$ ,$on on 0 D%o e %l!2n m%te#$%l o P#e,% #e,%"s "s$$on %l m%n m%n$p" $p"l%# l%# el ens%m&l%(e e%l!"n% l le,$on 3s$,% ,%lo#$met#o es"em% most#%o Dete Dete#m #m$n $n%, %,$$-n n el elS"pe S"pe#3 #3,$ ,$e e ,%l$ ,%l$en ente te Us%# Us%# !" !"%n %nte tes s ,on ,on l% ,os$ ,os$n% n% ,%lo ,%lo## esp espe, e,$3 $3,o ,o 0 l% ele,t#$,,% temp tempe# e#%t %t"# "#% % e los los met%les Fe C" Al Ut$l Ut$l$4 $4%# %# %t% %t% est" est"$ $o oCo##s$on el ,%&le "eC"$%o ,on el senso# e %#% 5e#$3,% 3,%,$-n,one ,onest st% % l% ,o,$n o,$n% % %l tempe#%t"#% e "e m%#lo p%#'met#os senso# e l% ,omp"t%o#% De5ol",$-n eC"$%o ,on ,%6% e Espe#% Espe#%## % "e En7# En7#$e $e l% ,o,$ ,o,$n% n% m%te#$%les o&(etos el/,t#$,% p%#% poe# es%m&l%# los e"$pos L$mp$e4% el '#e% eC$% e o&(etos Us%# me,%n$smos e l$mp$e4% t#%&%(o •
A5e#ten,$%s
ADVERTENCIA •
•
•
0eer detalladamente el procedimiento y vericar la correcta parametrización. denticar la polaridad de los conectores utilizados para no provocar sobrecorriente sobrecorriente o cortocircuitos. 7ntes de energizar el sistema& el profesor del curso debe vericar las cone)iones y dar su visto bueno.
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F"n%mento te-#$,o Calor específico. El calor espec!ico "c# $e %na s%s&ancia' es la can&i$a$ $e calor "(e$i$o en caloras# re)%eri$o para )%e %n gra(o $e $ic*a s%s&ancia' ele+e s% &e(pera&%ra en 1 ,CEl calor gana$o o per$i$o por %n c%erpo es ig%al al pro$%c&o $e s%s (asas' s% calor espec!ico . el ca(io $e &e(pera&%ra0 ( c "T! Ti#
"1#
El (&o$o (ás co(n %sa$o en la $e&er(inaci6n $e ca(ios $e calor es el (&o$o $e las (e7clas' asa$o en el principio $e la conser+aci6n $e la energa' en el c%al $os o (ás sis&e(as )%e &ienen &e(pera&%ras $i!eren&es son p%es&os en con&ac&o' $e &al !or(a )%e in&erca(ien calor *as&a )%e &o$os ellos a$)%ieren la (is(a &e(pera&%ra "&e(pera&%ra $e e)%ilirio#
Co(o %n res%l&a$o $el in&erca(io' los c%erpos $e (ás al&a &e(pera&%ra ce$erán calor a los c%erpos $e &e(pera&%ra (as ( as a8a' $e (anera )%e la can&i$a$ $e calor per$i$o por alg%nos c%erpos2 es ig%al a la can&i$a$ $e calor gana$o por los o&ros-
Fig2 calor eseci!ico Un c%erpo $e (asa ' c%.o calor especi!ico c se $esea $e&er(inar es calen&a$o *as&a alcan7ar %na &e(pera&%ra T . l%ego in&ro$%ci$o rápi$a(en&e a %n calor(e&ro $e (asa c' . c%.o calor especi!ico cc el c%al con&iene en s% in&erior %na (asa $e ag%a :' &o$os es&os a %na &e(pera&%ra inicial Ti- ;a (e7cla alcan7ara %na &e(pera&%ra in&er(e$ia $e e)%ilirio TE) :plican$o el principio $e conser+aci6n conser+aci6n $e la energa energa &en$re(os )%e el calor calor per$i$o por el c%erpo $ee ser ig%al al calor asori$o por el ag%a' el calor(e&ro . el &er(6(e&roEs&o es<
c "T TE)# : c : "TE) Ti# = C cC "TE) Ti# "2# CUERPO :>U: C:;ORIETRO C:;ORIET RO
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De $on$e< "M AcA = M c #"!Eq #"!Eq @!i # c AAA AAAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AAAA AA M "! @! Eq Eq #
%e nos $e&er(ina el calor espec!ico c $el c%erpo- Es&e es el !%n$a(en&o $el (&o$o $e las (e7clas- Es necesario oser+ar )%e es&e (&o$o solo con$%ce a la $e&er(inaci6n $el calor espec!ico pro(e$io en %n in&er+alo $e &e(pera&%ras %n poco a(plioEl calor(e&ro )%e %sare(os es&a c%ier&o $e %na en+ol&%ra $e (a&erial &r(ica(en&e aislan&e para (ini(i7ar &an&o la per$i$a co(o la asorci6n $e calor' pero no eli(ina es&e !ac&or co(ple&a(en&e .a )%e es prác&ica(en&e i(posile aislar c%al)%ier sis&e(a $el (e$io )%e lo ro$ea . eli(inar %n in&erca(io $e calor-
El e)%i+alen&e en ag%a es %n &r(ino !rec%en&e(en&e en calori(e&ra- Es la (asa $e ag%a )%e re)%iere la (is(a can&i$a$ $e calor para a%(en&ar s% &e(pera&%ra en %n gra$o co(o el )%e se re)%iere para a%(en&ar la &e(pera&%ra $el c%erpo en %n gra$oEl e)%i+alen&e $el ag%a es el pro$%c&o $e la (asa $e %n c%erpo . la capaci$a$ &r(ica $el (a&erial $el c%erpo-
Fig- 3 calor especi!ico $el ag%a Por lo &an&o s% $e!iniciones es %na (agni&%$ !sica )%e se $e!ine co(o la can&i$a$ $e calor )%e *a. )%e s%(inis&rar a la %ni$a$ $e (asa $e %na s%s&ancia o sis&e(a &er(o$iná(ico para ele+ar s% &e(pera&%ra en %na %ni$a$ "Bel+in o gra$o Celsi%s#- En general' el +alor $el calor espec!ico $epen$e $e $ic*a &e(pera&%ra inicial- e le represen&a con la le&ra "(insc%la#De !or(a análoga' se $e!ine la capaci$a$ calor!ica co(o la can&i$a$ $e calor )%e *a. )%e s%(inis&rar a &o$a la (asa $e %na s%s&ancia para ele+ar s% &e(pera&%ra en %na %ni$a$ "Bel+in o gra$o Celsi%s#- e la represen&a con la le&ra "(a.sc%la#-
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PROCEDIIENTO Eperiencia $el calor especi!ico $e s6li$osIngrese al progra(a Da&a &%$io' *aga clic sore el icono crear eperi(en&o . seg%i$a(en&e reconocerá el sensor $e &e(pera&%ra pre+ia(en&e inser&a$o a la in&er!ase U ;inB-
Fig 4 progra(a $a&a es&%$io (en princial eg%i$a(en&e proce$e(os a con!ig%rar $ic*o sensor' para lo c%al *ace(os $ole clic sore el icono CONFI>UR:CION . lo con!ig%ra(os para )%e r egis&re %n perio$o $e (%es&reo $e 1G H7 en C-
Fig 5 progra(a $a&a es&%$io con!ig%ran$o sensor
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;%ego presione el icono $el ENOR DE TEPER:TUR: l%ego seleccione n%(rico . ca(ie a 2 ci!ras $esp%s $e la co(a $eci(al' segn $a&os proporciona$os por el !arican&e el sensor (i$e en el rango $e A35 C a 135 C con %n paso $e G-G1 C-
Fig ? progra(a $a&a es&%$io con!ig%ran$o sensor 2
Una +e7 calira$o el sensor arras&ra(os el icono i cono >rá!ico sore el icono sensor $e &e(pera&%ra . selecciona(os la grá!ica &e(pera&%ra +s &ie(po' l%ego *ace(os el (on&a8e $e la !ig%ra 4-1-
Karilla
ensor $e &e(pera&%ra
N%e7 $ole
C%erpo
ase
Fig- pri(er (on&a8e
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Pone(os en la cocina elc&rica 1GGg $e ag%a . lo *ace(os calen&ar a ?G,c "c%i$a$o con s%!iese calien&e#
Fig J cocina calen&an$o el reciien&e
Desp%s pone(os pone(os en el calor(e&ro 1GGg $e ag%a ag%a a &e(pera&%ra a(ien&e "19-5 ,c# ,c#
Fig 9 calor(e&ro con 1GGGg $e ag%a
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To To(a(os la &e(pera&%ra &e(pera&%ra $e e)%ilirio $es sis&e(a sis&e(a
El res%l&a$o res%l&a$o es < 3J-1,c E!ec&%a(os los cálc%los respec&i+os respec&i+os para *allar el calor especi!ico especi!ico $el calori(e&ro
Cálc%los para $e&er(inar la capaci$a$ capaci$a$ calor!ica $el calori(e&ro G : c : "TE) Ti# = c "TE) Ti#A c "T TE)#
G 1GGL1L"3J-1A19-5#=1G 1GGL1L"3J-1A19-5#=1GG"?G-1A3J-1#=C"3J-1A19-9# G"?G-1A3J-1#=C"3J-1A19-9# G1J2GA219G=1J-2C 1J-2C3G C2G-32 cal/,c
Desp"/s 8%ll%mos el ,%lo# espe,63,o espe,63,o e los met%les Fe 0 C" Coloca(os 15Gg $e ag%a en el calor(e&ro c%.a &e(pera &e(pera a(ien&e es 19-5,c 19-5,c
Fig 1G calor(e&ro con 15Gg $e ag%a
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Coloca(os el (e&al 92-1 ,c
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Fe en el con&ene$or . lo ace(os *er+ir 8%n&o con ag%a a
:l (o(en&o $e (e$ir la (asa $e ag%a )%e in&ro$%cirá en el (a&ra7 c%i$e $e no (o8ar la alan7a-
Fig 11 calen&an$o calen&an$ o el recipien&e recipien& e Desp%s (e$i(os la &e(pera&%ra $el calor(e&ro con ag%a . el (e&al $e Fe
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Fig 12 escalan$o el ag%a con la el !ierro
Reali7a(os cálc%los para (e$ir el calor espec!ico $el Fe a.%$a$os $e n%es&ro !%n$a(en&o &e6rico
G 15GL1L"22-4A19-5#=59-9JLCe 15GL1L"22-4A19-5#=59-9JLCe "22-4A92-1#=2G-32"22-4A19-5# G435A41J-?G?Ce=5G-J 41JG-?G?Ce4J5-J CeG-11?2G cal/,c
G 15GL1L"22-A2G#=59-9JLCe 15GL1L"22-A2G#=59-9JLCe "22-A92-1#=2G-32"22-A2G# G4G5A415G-12=54-J?4 415G-12Ce459-J?4 CeG-11GJG cal/,c
Desp%s reali7a(os el (is(o (is(o proce$i(ien&o proce$i(ien&o para el C%
Fig 13 calor(e&ro con los lo)%e $e al%(inio . !ierr
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Reali7a(os cálc%los para (e$ir el calor espec!ico $el Fe a.%$a$os $e n%es&ro !%n$a(en&o &e6rico $os +eces Repi&a el proceso *as&a co(ple&ar 2 (e$iciones' con 2 c%erpos (e&álicos $i!eren&es . llene las &alas 4-1 . 4-2G 15GL1L"24-A19-4#=59-99LCe 15GL1L"24-A19-4#=59-99LCe "24-A92-1#=2G-32"24-A19-4# G95A4G42-?52Ce=1G-?9? 4G42-?5?Ce9G3-?9? CeG-22354 cal/,c
G 15GL1L"25-5A2G-4#=59-99LCe 15GL1L"25-5A2G-4#=59-99LCe "25-5A92-1#=2G-32"25-5A2G-4# G?5A3995-334Ce=1G3-?32 399-344CeJ?J-?332 CeG-21441 cal/,c
Da&os &e6ricos &iles c :l G-225G cal/gr C cFe G-114? G-114? cal/gr C cC G-G5 cal/gr C c :CE G'1G? cal/gr C
:l%(inio Hierro Es&aMo :cero
cC% G-G931 cal/gr C cP G-G32G cal/gr C cn G-G925 cal/gr C
Core Plo(o inc
T:;: 1
Clase $e (e&al %sa$o e$ici6n
Hierro' Fe
Calor especi!ico &e6rico "Cal/g,C#
1
2
asa $el calor(e&ro C 35?- g
35-g
asa $el c%erpo (e&álico asa $e ag%a
59-9Jg
Te(pera&%ra inicial $el sis&e(a Ti Te(pera&%ra inicial $el c%erpo calien&e T Te(pera&%ra $e e)%ilirio TE) Calor especi!ico eperi(en&al Error porcen&%al
G-114? cal/gr C
59-9Jg 15Gg
15Gg 19-5,c
2G,c
92-1
92-1 22-
22-4 G-11?2 cal/gr C 1-39
G- 21441 cal/gr C 3-3G
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T:;: 2
lase de metal usado e$ici6n
alor especifico Aluminio" Al teórico #al$g%& 1
asa $el calor(e&ro C 35?- g
35-g
asa $el c%erpo (e&álico asa $e ag%a
59-99Jg
Te(pera&%ra inicial $el sis&e(a Ti Te(pera&%ra inicial $el c%erpo calien&e T Te(pera&%ra $e e)%ilirio TE) Calor especi!ico eperi(en&al Error porcen&%al
'())*' cal$gr + 2
59-99g 15Gg
15Gg
19-4
2G-4,c
92-1
92-1
24- C G-22354 cal/,c G-??
25-5 C G-11G4 cal/gr C 3-3
4-2 Eperiencia $e la $e&er(inaci6n $e la &e(pera&%ra $e %n c%erpo incan$escen&eInicie la &o(a $e $a&os in&ro$%cien$o los 1GG (l $e ag%a en el calor(e&ro . opri(ien$o el o&6n inicio en la arra $e con!ig%raci6n principal $e Da&a &%$io- U&ili ce las *erra(ien&as $e análisis $el progra(a para $e&er(inar la &e(pera&%ra inicial Ti $el sis&e(a calor(e&ro' agi&a$or . ag%a-
Fog 14 calor(e&ro con el co$o $e core
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Calien&e el rollo $e core $irec&a(en&e $irec&a(en&e con &% (ec*ero s%8e&án$olo s%8e&án$olo con la pin7a' *as&a )%e se ponga incan$escen&e- En es&a !or(a la &e(pera&%ra T $el rollo $e core incan$escen&e será la (is(a )%e la $e la !%en&e $e calor-
Opri(a el o&6n inicio en la arra $e con!ig%raci6n principal $e Da&a &%$ioRápi$a . c%i$a$osa(en&e in&ro$%ce el rollo $e core incan$escen&e $en&ro $el calor(e&ro- :gi&a el ag%a en el calor(e&roU&ilice las *erra(ien&as $e análisis $el progra(a para $e&er(inar la &e(pera&%ra (ás al&a regis&ra$a- Es&a será la &e(pera&%ra $e e)%ilirio TE)-
Co(ple&e la &ala 4-3- orre las (e$iciones incorrec&as' no al(acene $a&os innecesarios-
T:;: 3 Clase $e (e&al %sa$o Core' C% asa $el calor(e&ro C asa $el rollo $e core asa $e ag%a Te(pera&%ra inicial $el sis&e(a Ti
Calor especi!ico &e6rico C% G-G931 cal/gr "Cal/g,C# C 35?- g 1G-5g 1GGg 2G-5 C
Te(pera&%ra inicial $el c%erpo incan$escen&e T
J54-35 C
Te(pera&%ra $e e)%ilirio TE)
2-1 C
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- CUETIO!ARIO
obre la E"periencia del calor especifico de s#lidos.
$%odrías determinar el calor específico de las muestras usadas en este e"perimento enfriando el metal a la temperatura del &ielo en 'e( de calentarlo como se &i(o en la e"periencia) E"plica.
i po$ra por )%e la &e(pera&%ra es %n $a&o rela&i+o )%e nos a.%$a a (e$ir el calor especi!ico- ;o nico )%e oc%rrir es )%e en a(as la$os $e la ec%aci6n aran (enores (enores calores claro )%e )%e sie(pre . c%an$o c%an$o el el ag%a no se se +%el+a +%el+a *ielo por)%e si no %&ili7ara (ás calor calor al generar se %n ca(io $e $e es&a$o
$%odrías determinar el calor específico de una sustancia desconocida sin necesidad de &acer uso de una sustancia de referencia como el agua) E"plica. ' sie(pre . c%an$o saien$o s% (asa' s% $i!erencia $e &e(pera&%ra . la energa iner&e )%e posee %n c%erpo "calor#-
i se duplicara el espacio entre las paredes de los recipientes del calorímetro $*ariaría $*ariaría el intercambio de calor)+ e"pli,ue su respuesta.
(i porque el espacio del calorímetro seria el doble de lo que era y habría menos transferencia de calor del e)terior para que pueda entrar calor o también pudiera salir al menos se puede decir que a mayor espacio de las paredes del calorímetro el sistema se vuelve más hermético
$-u 'iene a ser la energía calorífica absorbida por una sustancia cuando la temperatura es incrementada incrementada
El aumento de la energía interna y la disminución de la entropía& ya que al aumentar la temperatura de un sistema& aumentan su energía interna re8e%ada en el aumento del calor del sistema completo o de la sustancia.
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obre la E"periencia de la determinaci#n de la temperatura de un cuerpo incandescente C%án&o es el e)%i+alen&e en ag%a $el calor(e&ro
El e)%i+alen&e en ag%a $el calor(e&ro es< C / 0 cal2g 3C % e+i$encia $an los res%l&a$os $e es&a eperiencia para 8%s&i!icar )%e el ag%a &iene %n calor espec!ico (ás al&o )%e el (a&erial consi$era$o
;a e+i$encia son los res%l&a$os o&eni$os $el calor especi!ico en las &alas 1' 2' 3 Q $on$e se $e(%es&ran )%e s%s calores son (enores a %no' por lo &an&o el ag%a c%.o calor especi!ico es %no es el (ás ( ás al&o-
% porcen&a8e $e error *as in&ro$%ci$o al $espreciar el e)%i+alen&e en ag%a $el &er(6(e&ro De(%es&ra &% resp%es&ar esp%es&a-
Error porcentual porcentual del hierro es de .'9 : Error porcentual del del aluminio es de ;.<< : Estos resultados resultados se encontraron en # muestras de cada material y se pusieron el error porcentual más ba%o que se encontró en cada material.
C6(o po$ras (e$ir la &e(pera&%ra $e %na es&rella e po$ra (e$ir (e$ian&e las ra$iaciones )%e e(i&en- (egún una ley descubierta
por =. =. =ien en el siglo >>& la longitud de onda del má)imo de intensidad es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de la fuente. En rigor& la ley de =ien sólo es válidad para la radiación emitida por un cuerpo ideal denominado cuerpo negro& que absorbe toda la radiación que recibe y que sirve a los físicos como referencia. Entonces se podría decir que aún no hay forma e)acta de medir la temperatura a una estrella.
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OERK:CIONE
El ag%a &iene %n calor especi!ico especi!ico (%. al&o Ce ag%a 1cal/gC' 1cal/gC' en&onces es (%. es&ale &r(ica(en&e' es $ecir conser+a (%c*o la &e(pera&%ra- igni!ica )%e &iene %na gran capaci$a$ $e asorer energa en !or(a $e calor' . sin apenas +ariar s% &e(pera&%raPor eso se %&ili7a %&ili7a (%c*o en ra$ia$ores . cale!acci6ncale!acci6nEl calor espec!ico $el aire' en ca(io' es (%c*o (ás al&o ce aire G'23J cal/gC' por lo &an&o el aire se calien&a rápi$a(en&e al aplicarle la lla(a $e la +ela' a $i!erencia $el ag%a' . per(i&e )%e el gloo alcance &e(pera&%ra s%!icien&e . p%e$a eplo&ar Don$e calor' ((asa' Ce calor especi!ico . T!ATi son las &e(pera&%ras iniciales . !inales-
CONC;UIONE
Di!eren&es s%s&ancias re)%ieren $i!eren&es can&i$a$es $e calor para pro$%cir %n ca(io $a$o en s% &e(pera&%ra- Por e8e(plo' para incre(en&ar la &e(pera&%ra $e 1,g 1,g $e ag%a en %na can&i$a$ S! S! $e $e &e(pera&%ra se re)%iere alre$e$or alr e$e$or $e 1G +eces (ás calor )%e para incre(en&ar en es&a (is(a ( is(a can&i$a$ S! S! la la &e(pera&%ra $e 1,g 1,g $e $e core- Es&e co(por&a(ien&o $e los (a&eriales es carac&eri7a$o c%an&i&a&i+a(en&e por el calor espec!ico' )%e es la can&i$a$ $e calor necesaria para incre(en&ar la &e(pera&%ra $e 1gr 1gr $e $e s%s&ancia en 1,C- :s' el ag%a &iene %n calor espec!ico $e (a.or +alor )%e el core-
fig 14 calor especifico
LABORATORIO calor especifico
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El calor espec!ico $e %n (a&erial es carac&ers&ico para ca$a s%s&ancia . $epen$e $e s% es&r%c&%ra in&erna- Co(o p%e$e ser +is&o $e la $e!inici6n' el calor espec!ico $e %na s%s&ancia $a$a p%e$e ser $e&er(ina$o (e$ian&e la en®a $e %na can&i$a$ $e calor conoci$a a %na can&i$a$ $e (asa $e&er(ina$a $e la s%s&ancia . con %n apropia$o regis&ro $el ca(io en s% &e(pera&%ra- El prop6si&o $e es&e eperi(en&o es $e&er(inar el calor espec!ico $e %n (a&erial en par&ic%lar (e$ian&e los (&o$os $e calori(e&ra-
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Guía del laboratorio de Física I .
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