UNI FIM ESPECIALIDAD INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

UNI FIM ESPECIALIDAD INGENIERIA MECANICA ELECTRICA | 1 LABORATORIO DE FISICA II

INIDICEPrlogo2Objetivos4Esquema grfico del instrumental4Fundamento Terico5CALOR ESPECFICO5Cantidad de sustancia6Conceptos relacionados7UNIDADES7Unidades de calor7Unidades de calor especfico8FACTORES QUE AFECTAN EL CALOR ESPECFICO8Procedimiento experimental9I.- DETERMINACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL CALORIMETRO9II. - CALOR ESPECFICO DE LOS SOLIDOS9Clculos y resultados10PARTE I10PROBLEMA N 110PARTE II10PROBLEMA N 210PROBLEMA N 311PROBLEMA N 412Observaciones:13Conclusiones:13Recomendaciones:14Bibliografa14

PROLOGOEl presente informe de laboratorio de fsica, que tiene por ttulo CALOR ESPECIFICO la cual pertenece a la seccin que se encuentra bajo la direccin del ing. Jos Pachas, profesor del curso de fsica II de la facultad de ingeniera Mecnica.

Con este experimento se pretende que el estudiante de ingeniera observe el CALOR ESPECIFICO y a partir de ello identifique las principales magnitudes que intervienen, y visualice los valores que stas toman en distintos casos, as como las variaciones que experimentan en diversos instantes y posiciones.

Tambin es una nueva oportunidad que tenemos los alumnos pertenecientes al grupo, para poder dar un aporte que sea til a nuestros compaeros, con los cuales intercambiaremos informacin sobre el tema desarrollado, resultados, y as sacar conclusiones, con las cuales sacar recomendaciones para mejorar el experimento realizado.

Queremos agradecer a la facultad de ciencia por el prstamo de su laboratorio, adems al ing. Jos Pachas por el tiempo brindado hacia nosotros y por su conocimiento que nos transmite en cada experimento.

Por ltimo esperamos que este trabajo sea de su agrado.

OBJETIVOS

Determinar la capacidad calorfica de un calormetro. Determinar el calor especfico de diferentes muestras solidas mediante el uso de un modelo dinmico sencillo. Estudiar el efecto de la transferencia de calor entre el calormetro y la muestra a analizar. Verificar experimentalmente las distintas ecuaciones de cantidad de calor (Q). Aplicar la Ley de Equilibrio Trmico a sistemas termodinmicos. Aplicar la conservacin de la energa en sistemas con transferencia de calor. Reconocer el calor como una forma de energa. Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor especfico, capacidad calorfica.

ESQUEMA GRAFICO Un calormetro de mezclas (un termo).

Un soporte universal y un mechero de Bunsen.

Un termmetro.

Un matraz de 200 250 ml.

Una olla para calentar agua.

Una balanza.

Una fuente de gas

3 piezas de material slido.

FUNDAMENTO TEORICOCALOR ESPECFICOEl calor especfico es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor especfico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra (minscula).En forma anloga, se define la capacidad calorfica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la extensin de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra (mayscula).Por lo tanto, el calor especfico es la capacidad calorfica especfica, esto es .El calor especfico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada sustancia; por el contrario, la capacidad calorfica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsico Joseph Black, quien realiz variadas medidas calorimtricas y us la frase capacidad para el calor. En esa poca la mecnica y la termodinmica se consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra ser transferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser reemplazado.El calor especfico medio () correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas se define en la forma:

Donde es la transferencia de energa en forma calorfica entre el sistema y su entorno u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor especfico molar) y es el incremento de temperatura que experimenta el sistema. El calor especfico () correspondiente a una temperatura dada se define como:

El calor especfico () es una funcin de la temperatura del sistema; esto es, . Esta funcin es creciente para la mayora de las sustancias (excepto para los gases monoatmicos y diatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y slo estn accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la funcin, la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial Ti a la final Tf se calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorfica sea aproximadamente constante la frmula anterior puede escribirse simplemente como:

Cantidad de sustanciaCuando se mide el calor especfico en ciencia e ingeniera, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, ya sea en gramos o en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en qumica, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor especfico, el cual es un cierto nmero de molculas o tomos de la sustancia. Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el trmino calor especfico molar se puede usar para referirse de manera explcita a la medida; o bien usar el trmino calor especfico msico, para indicar que se usa una unidad de masa.

Conceptos relacionadosHay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor especfico y stas se denotan con sufijos en la letra c. El calor especfico de los gases normalmente se mide bajo condiciones de presin constante (Smbolo: cp). Las mediciones a presin constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante (cv), debido a que en el primer caso se realiza un trabajo de expansin.El cociente entre los calores especficos a presin constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinmico se denomina coeficiente adiabtico y se designa mediante la letra griega (gamma). Este parmetro aparece en frmulas fsicas, como por ejemplo la de la velocidad del sonido en un gas ideal.El calor especfico de las sustancias distintas de los gases monoatmicos no est dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura. Por lo tanto, debe especificarse con precisin la temperatura a la cual se hace la medicin. As, por ejemplo, el calor especfico del agua exhibe un valor mnimo de 0,99795 cal/(gK) para la temperatura de 34,5C, en tanto que vale 1,00738 cal/(gK) a 0C. Por consiguiente, el calor especfico del agua vara menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(gK) a 15C, por lo que a menudo se le considera como constante.La presin a la que se mide el calor especfico es especialmente importante para gases y lquidos.

UNIDADESUnidades de calorLa unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La calora (cal) tambin se usa frecuentemente en las aplicaciones cientficas y tecnolgicas. La calora se define como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1C la temperatura de un gramo de agua destilada, en el intervalo de 14,5C a 15,5C. Es decir, tiene una definicin basada en el calor especfico.Unidades de calor especficoEn el Sistema Internacional de Unidades, el calor especfico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (Jkg-1K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la calora por gramo y por kelvin (calg-1K-1). As, el calor especfico del agua es aproximadamente 1 cal/(gK) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presin atmosfrica; exactamente 1 calg-1K-1 en el intervalo de 14,5C a 15,5C (por la definicin de la unidad calora).En los Estados Unidos, y en otros pocos pases donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajn de Unidades, el calor especfico se suele medir en BTU (unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de temperatura).La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosfricas normales.FACTORES QUE AFECTAN EL CALOR ESPECFICOLas molculas tienen una estructura interna porque estn compuestas de tomos que tienen diferentes formas de moverse en las molculas. La energa cintica almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor especfico.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALI.- DETERMINACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL CALORIMETRO Se coloca dentro del calormetro una cantidad de masa de agua a una temperatura menor que la del medio ambiente.

Se deja que se establezca el equilibrio y medimos la temperatura de equilibrio

Medir una cierto volumen de agua y calentarlo en la ollita a una temperatura y se coloca una cantidad de esta agua en el calormetro.

II. - CALOR ESPECFICO DE LOS SOLIDOS Se coloca una cantidad de masa de agua en el calormetro y se deja que se establezca el equilibrio.

Se mide la temperatura de equilibrio .

El slido se sumerge en agua caliente.

Se eleva la temperatura del slido hasta una temperatura

Luego se sumerge el cuerpo a temperatura dentro del agua que est contenida en el calormetro a temperatura

Se mide la temperatura de equilibrio T.

CLCULOS Y RESULTADOS

HOJA DE DATOS

ObservacionesEs importante distinguir entre capacidad calorfica y calor especfico, el primer trmino alude al objeto y el segundo al material del cual est hecho.La tapa del calormetro no es muy hermtica, por lo que el medio influye en cierto modo en la temperatura de equilibrio.La probeta tiene un margen de error en la medicin, as que la cantidad de agua en equilibrio no es exacta.Las piezas metlicas calentadas no llegaban a variar considerablemente la temperatura del agua.Notamos que el ce del aluminio es mayor que el ce del hierro y este a su vez mayor que el ce del plomo.Se observa que cada vez que transvasamos el agua, se pierde aproximadamente 1g de agua.No llegamos a utilizar el dato de la temperatura del medio ambiente, a menos que sea para cerciorase que la temperatura agua es menor a la temperatura del medio ambiente. Estamos incurriendo a un error en los clculos, pues no consideramos la prdida de la temperatura del metal en el momento que se retira del sistema que le entrega calor para despus sumergirlo en el sistema de prueba.Se observ que luego de calentar el agua y apagar el mechero, la medida que se observaba en el termmetro disminua rpidamente en aproximadamente 5 a 10 C, luego segua disminuyendo pero ms despacio (de manera casi imperceptible).En nuestros clculos no hemos incluido el calor que absorbe el metal del termmetro.

Conclusiones

En el clculo del calor especifico de las muestras slidas (fierro, aluminio, plomo) se encontr que nuestros valores hallados distan considerablemente de los valoras promedio encontrados en los textos de fsica. Pese a esto se guarda una correcta proporcin en los resultados.El calor es energa que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razn, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio trmico.Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energa interna al igual que para absorber energa y una buena parte de la energa hace aumentar la intensidad de las vibracin de las redes atmicas 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 energa trmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y T son negativas y la energa trmica fluye hacia fuera del sistema. El equilibrio trmico se establece entre sustancias en contacto trmico por la transferencia de energa, en este caso calor; para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservacin de energa ya que al no efectuarse trabajo mecnico la energa trmica total del sistema se mantiene.Se concluye que los tres tipos de materiales tienen diferentes valores, de acuerdo a sus propiedades fsicas.

RecomendacionesSe recomienda el uso de guantes aislantes del calor, para prevenir cualquier accidente de quemadura, ya que se trabaja a temperaturas mayores a 50C.Se recomienda que la experiencia se realice con mucho cuidado y rapidez para que al momento de vaciar el agua al termo no se disipe mucho calor al medio exterior.Se recomienda hacer el experimento tres veces para as trabajar con mayor precisin y que el resultado se aproxime ms al real.Para la primera parte de la experiencia, se recomienda humectar la ollita antes de vaciar el contenido de la probeta a fin de compensar las prdidas de masa de agua.Se recomienda calentar el agua de manera moderada y de preferencia menos de 100C.Bibliografa FSICA UNIVERSITARIA VOLUMEN I, Sears, Zemansky, Young, Friedman, Pearson. FSICA VOLUMEN I, Tipler, Mosca, Revert. FSICA GENERAL, Burbano. FSICA II, Leyva Naveros, Moshera. Resnik Halliday Krane (2002). Fsica Volumen 1. Serway Jewet (2003). Fsica 1. Thomson. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/tb01_calor.php

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