calor especifico de solidos
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LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR
INTRODUCCIÓN
El grupo tiene a bien presentar un informe acerca del tema titulado “Calor específico de
sólidos” trabajado en el laboratorio de ondas y calor, del Instituto Tecnológico TECSUP,
con ayuda del profesor Marcos Gutiérrez. En el mencionado informe, desarrollaremos
todo lo referente el calor específico de una sustancia; comprendido como la cantidad de
calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de dicha
sustancia.
Este laboratorio tiene como objetivos principales medir el calor específico de un metal
sólido y comprender el principio de la conservación de la energía, la cual indica que la
energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Asimismo, daremos a conocer los diversos equipos y materiales (cobre, calorímetro,
probetas, termómetro, balanza, etc.), utilizados para llevar acabo el experimento. Del
mismo modo, explicaremos el procedimiento que se ha seguido y los resultados obtenidos
al final de la experiencia.
El presente trabajo se ha elaborado con mucho esfuerzo y voluntad, consultando
diferentes fuentes bibliográficas para profundizar más del tema, además de la aplicación
de los conocimientos adquiridos durante las horas de clase.
Por tal motivo, dejamos a su criterio profesional su respectiva evaluación y a
continuación le presentamos el informe.
LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR
1. OBJETIVOS
Medir el calor específico de un sólido metálico.
Comprender el principio de conservación de energía.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO:
2.1 Calor específico
El calor específico de un cuerpo se define como el calor necesario para elevar en 1 ºC la
temperatura de la unidad de masa del mismo. Así, el calor específico del agua líquida es 1
Kcal/ºC.Kg, y esto significa que 1 Kg de agua debe recibir 1 Kcal para elevar su
temperatura en 1 ºC. En realidad, el calor específico es una función de la temperatura (no
es lo mismo variar la temperatura en 1 ºC cuando el cuerpo está muy caliente que cuando
está frío), pero en esta práctica las variaciones de temperatura experimentales serán lo
suficientemente pequeñas como para justificar que tratemos los calores específicos como
constantes.
Cuando un cuerpo de masa m inicialmente a una temperatura tB absorbe energía en
forma de calor, su temperatura se incrementa hasta el valor tA. De acuerdo con la
definición de calor específico, el calor absorbido Q está relacionado con el incremento de
temperatura del modo siguiente:
Q = m c (tA- tB )
Donde c es el calor específico. Si el cuerpo disminuyese su temperatura en lugar de
aumentarla (tA<tB), el calor tendría signo negativo, y el cuerpo cedería energía en lugar
de absorberla.
El valor de la capacidad calorífica por unidad de masa se conoce como calor específico.
En términos matemáticos, esta relación se expresa como:
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c=C } over {∆T¿ c= Qm∆T
Donde c es el calor específico del cuerpo, m su masa, C” la capacidad calorífica, Q el
calor aportado y ∆T el incremento de temperatura.
El calor específico es característico para cada sustancia y, en el Sistema Internacional, se
mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kg·K)).
2.2 Capacidad calorífica:
Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la temperatura de un cuerpo
aumenta cuando se le aporta energía en forma de calor. El cociente entre la energía
calorífica Q de un cuerpo y el incremento de temperatura T obtenido recibe el nombre
de capacidad calorífica del cuerpo, que se expresa como:
C=Qm
Donde c es el calor específico del cuerpo, m su masa y Q el calor aportado.
La capacidad calorífica es un valor característico de los cuerpos, y está relacionado con
otra magnitud fundamental de la calorimetría, el calor específico.
Para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 ºC es necesario aportar una cantidad de
calor igual a una caloría. Por tanto, la capacidad calorífica de 1 g de agua es igual a 1
cal/K.
LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR
2.3 Tabla de valores de algunas sustancias:
2.4 Medida del calor específico:
La determinación del calor específico de los cuerpos constituye uno de los fines
primordiales de la calorimetría.
El procedimiento más habitual para medir calores específicos consiste en sumergir una
cantidad del cuerpo sometido a medición en un baño de agua de temperatura conocida.
Suponiendo que el sistema está aislado, cuando se alcance el equilibrio térmico se
cumplirá que el calor cedido por el cuerpo será igual al absorbido por el agua, o a la
inversa.
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Método de medida de calores específicos. Al sumergir un cuerpo en agua de temperatura
conocida, cuando se alcanza el equilibrio térmico, el calor cedido por el cuerpo es igual al
absorbido por el agua.
Como la energía calorífica cedida ha de ser igual a la absorbida, se cumple que:
Qcedido=Q absorbido ma ca(T−T a)=ms cs(T s−T )
Despejando: C s=ma ca(T−T a)ms(T s−T )
Donde:
ma= masa de agua.
ca= calor específico de agua.
T a= variación de la temperatura del sólido.
T s= variación de la temperatura del sólido.
ms=masadel sólido .
cs=calor específicodel sólido.
3. EQUIPOS Y MATERIALES:
Los materiales usados en este laboratorio son:
- una balanza. - un vaso precipitado de 600ml.
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- Mechero bunsen, trípode y rejilla.
4. PROCEDIMIENTO Y DATOS EXPERIMENTALES:
Primero, medimos la temperatura inicial del agua a temperatura ambiente.
Una vez medido la temperatura del agua, ponemos a hervir en un vaso
precipitación 500 ml de agua.
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Vierta dentro del calorímetro una masa de 100 g de agua (ma) y midamos su
temperatura ( T a). Anotamos los valores en la tabla N° 01.
Medimos la masa del primer solido al calentar ms , anotamos los valores en la
tabla 01.
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Sujete la muestra del solido con hilo de pabilo e introdúzcalo dentro del
recipiente con agua hirviendo. Espere un momento hasta que el sólido alcance el
equilibrio térmico, luego medimos la temperatura del sistema, que será
alcanzada por el sólido (T s ). Anotaos los valores en la tabla N° 01.
LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR
Retiramos el sólido del agua en ebullición y lo introducimos en el calorímetro,
tapamos el calorímetro y colocamos el termómetro en su posición
correspondiente y medimos la temperatura de equilibro (T). Anotamos los
valores en la tabla 01.
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Repetimos dos veces los pasos anteriores con las otras muestras del sólido, pero
con mayor masa. Por cada aumento de masas del solido agregamos 100 ml de
agua en el calorímetro, es decir para la segunda seria 200 ml y la tercera seria
300 ml.
Tabla 01. Datos experimentales correspondientes a la muestra correspondiente (cobre).
N ma(g) T a°C ms(g) T s ( °C ) T (°C )
1 100 24 43.3 97 27
2 200 24 86.6 95 27
3 300 24 130.1 94 27
5. PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS
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5.1 Use la ecuación 3 para calcular el calor específico del solido en estudio. Con los
datos de la TABLA 02, halle las variaciones de temperatura del agua ∆Ta=T-Ta y
del solido ∆Ta=T-Ta. Los resultados colóquelo en la TABLA Nº 02.
TABLA 02. Valores del valor específico.
N Muestra:
∆Ta(°C) ∆Ta(°C) C(cal/g°C) C(J/Kg°C)
1 3 70 0.09897723524 414.3187067
2 3 68 0.1018883304 426.5045511
3 3 67 0.1034090517 432.8702904
Promedio 0.1014248725 424.5645161
5.2 ¿Cómo se sabe si un cuerpo ha recibido o cedido calor?
Para ver si un cuerpo a cedido o recibido calor tenemos que medir su temperatura
inicial y su temperatura final; y si la diferencia entre las dos temperaturas es
negativa, entonces a perdido o cedido calor. Pero si la variación de temperatura es
positiva, el cuerpo a ganado calor.
5.3 Con los datos de la TABLA 02, calcule los valores del calor ganado por el agua Qa el calor perdido por lo solido Qs y la discrepancia ∆Q=|Q1_Q2|. Los resultados anótelos en la TABLA 03.
TABLA 03. Sistema calorímetro-agua muestra.
N Qa(J) Qs(J) ∆Q=|Qa-Qs|
Experimental Ideal
1 1255.8 1255.8 0 0
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2 2511.6 2511.500001 0.099999 0
3 3767.4 3700.801517 66.598483 0
5.4 ¿cuál es el valor esperado de la discrepancia entre el valor ganado por el cedido por el sólido?
Para este laboratorio el valor esperado dela diferencia del calor ganado por el agua y el
calor perdido por el sólido, es cero.
6. RECOMENDACIONES:
El calorímetro debe estar totalmente seco antes de verter el agua dentro de este.
No cambie la ubicación del termómetro directamente del recipiente con agua en
ebullición al calorímetro. Como aso intermedio coloque el termómetro en
contacto con agua temperatura ambiente y luego sáquelo con una franela o papel
absorbente.
Al realizar las medidas correspondientes de masa de las muestras sólidas, medir la
masa de las muestras juntas para evitar propagar los errores debido a mediciones
indirectas.
Cuando operes para calcular el calor específico, tacha las unidades siempre que sea posible.
7. OBSERVACIONES:
Puedes encontrar el calor específico de muchas sustancias en internet para
comprobar los resultados obtenidos en el laboratorio.
El metal se calienta más rápido que el agua debido a su bajo calor específico.
Los cambios de temperatura son mayores en los materiales con calor específico
bajo, siempre que los otros factores sean los mismos.
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8. CONCLUSIONES:
No se comprobó el principio de la conservación de la energía, debido a muchos
factores que en el laboratorio no se puede cumplir.
El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se
encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos
cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al
otro hasta que se logra el equilibrio térmico.
Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna
al igual que para absorber energía ya que una parte de la energía hace aumentar la
rapidez de traslación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable
del aumento en la temperatura.
Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y ∆T se consideran positivas, lo
que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la
temperatura disminuye, Q y ∆T son negativas y la energía térmica fluye hacia
fuera del sistema.
9. BIBLIOGRAFÍA:
http://www.monografias.com/trabajos35/calor-especifico/calor-especifico.shtml
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico
http://www.hiru.com/fisica/calorimetria-capacidad-calorifica-y-calor-especifico
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calor_y_calorimetr%C3%ADa
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm
LABORATORIO DE ONDAS Y CALOR
http://www.fceia.unr.edu.ar/fisica2ecen/pdffiles/calorim.pdf
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