Informe N 8: Calor Especficos en solidosI. Objetivos Determinar el calor especfico de un material metlico slido, haciendo uso del calormetro. Analizar los comportamientos de distintos fragmentos de metal a una determinada temperatura II. Experimento:Marco Terico:Calor especficoLa capacidad calorfica especfica, calor especfico o capacidad trmica especfica 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. En general, el valor del calor especfico depende del valor de la temperatura inicial.1 2 Se le representa con la letra c\,\! (minscula).

De forma anloga, se define la capacidad calorfica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra C\,\! (mayscula).

Por lo tanto, la capacidad calorfica especfica es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto es c=C/m \,\! donde m \,\! es la masa de la sustancia.Ecuaciones bsicasLacapacidad calorfica especfica media() correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas se define en la forma:

Dondees la transferencia de energa en forma calorfica entre el sistema y su entorno u otro sistema,es la masa del sistema (se usa unancuando se trata del calor especficomolar) yes el incremento de temperatura que experimenta el sistema. Elcalor especfico() correspondiente a una temperatura dadase define como:

Lacapacidad calorfica especfica() es una funcin de la temperatura del sistema; esto es,. Esta funcin es creciente para la mayora de las sustancias (excepto para los gasesmonoatmicosydiatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y solo 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 iniciala la finalse 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 demasa, ya sea engramoso enkilogramos, ambos delSI. Especialmente en qumica, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea elmolal medir el calor especfico, el cual es un cierto nmero de molculas o tomos de la sustancia.6Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el trminocalor especfico molarse puede usar para referirse de manera explcita a la medida; o bien usar el trminocalor 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. El calor especfico de los gases normalmente se mide bajo condiciones depresinconstante (Smbolo:). Las mediciones a presin constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante (), 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 denominacoeficiente adiabticoy se designa mediante la letra griega(gamma).7Este parmetro aparece en frmulas fsicas, como por ejemplo la de lavelocidad del sonidoen un gas ideal.El calor especfico de las sustancias distintas de los gasesmonoatmicosno est dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura.nota 2Por 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.Capacidad calorfica de slidos, lquidos y gasesDesde que se empezaron a medir la capacidad calorfica de diferentes sustancias se apreciaron algunas generalizaciones importantes. Muchos slidos tenan una capacidad calorfica cercana a 3Rde acuerdo con laley de Dulong-Petit. ElModelo de Debyebasado en aspectos cunticos del problema de transmisin de calor dentro de una red cristalina finalmente dio una explicacin convincente de la ley emprica de Dulong-Petit. Muchos gases tenan capacidades calorficas cercas a R/2 (donde es un nmero entero dependiente de la estructura molecular del gas).III. Diseo:

IV. Materiales Calormetro Termmetro pinza metlica Cocina elctrica Vaso pirex para calentar el agua Soporte universal Matraz de 250 ml Balanza 5 piesas de material solido Agua destilada

V. Variables DependientesQu instrumentos nos dan variables dependientes en el experimento y cuales son estas variables?VI. Variables IndependientesQu instrumentos nos dan variables independientes en el experimento y cuales son estas variables?VII. Rango de TrabajoCules son los Rangos de trabajo de los instrumentos utilizados?VIII. Procedimiento:Temperatura del cuerpo: 20CNM agua grM metalgrCe AguaCal/gr CT inicialCT equilibrioCCe metalCal/gr. C

1680501.120240.831

2680620.823250.247

3680650.722280.215

4680751.327300.535

5680860.929320.333

IX. Cuestionario:1. De la Experiencia realizada Determine el calor especifico del material A (agua) y el material B (acero)A=0.96B= 0.43222. Una pieza de funcin que pesa 50 kg. Es sacada de un horno en que su temperatura de 500 C e introducida en un tanque que contiene 400 kg. De aceite a la temperatura de 25 C. La temperatura final es 38 C, y el calor especifico 0,5 kcal/kg. C Cul es el calor especifico de la fundicin? Desprciese la capacidad calorfica del tanque y todas las prdidas calorficas.

3. La capacidad calorfica de un calormetro incluyendo el agitador y el termmetro es de 10 cal/ C. Su temperatura es de 20 C y contiene 100 gr. De agua. Si en el mismo se introduce un cuerpo cuya masa es de 60 gr. Y est a 120 C y la temperatura final es de 30C. Calcula el calor especfico del cuerpo.

4. Una sustancia de masa m=3.75 kg. Recibe 30.2 kcal de calor a volumen constante y experimenta un cambio de temperatura de 81.7 C. Determine el calor especfico medio de la sustancia durante el proceso.

5. Un cuerpo est compuesto por una aleacin de 200 gr. De cobre, 150 gr. De estao y 80 gr. De aluminio. Calcular:a) Capacidad calorfica.b) Cul es el calor necesario para elevar su temperatura a 50 C.

6. Una sustancia de masa m recibe 10.2 kcal de calor a volumen constante experimenta un cambio de temperatura de 83.3 C. El calor especfico medio de la sustancia durante el proceso es de 0.20 kcal/kg. C Determina la masa de la sustancia.

7. Una esfera de hierro de 1cm. De radio, se alent hasta 393 K y se coloc sobre una superficie horizontal de hielo. Hasta qu profundidad penetro en el hielo la esfera? El calor especfico del hierro es 475 Joule/kg. K, la densidad del hielo es 900 kg. /m3, y la del hierro est dado por 7.9 x 103 kg./m3, la temperatura del hielo es 273 K y su calor de fusin es de 3.34 x 105 Joule /kg. Desprecie la conductividad del hielo y el calentamiento del agua.

8. Un recipiente de 40 cm3 de agua a 4 C, se introduce una masa de aluminio de 80 gr. A 80 C. Despreciando efectos del recipiente , calcular:a) La temperaturab) El calor ganado por el agua c) El calor perdido por el aluminiod) El calor especifico del agua es 1 cal/gr. C y del aluminio 0.212 cal/gr. C.

9. Calcular la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 150 gr. De hielo de -10 C hasta 120 C. Suponga que la presin es igual a la atmosfrica.

X. Conclusiones: Se lleg a la relacin de temperatura de unas 2 sustancia diferentes que llegan a un punto de equilibrio Se observa el promedio de temperaturas de la sustancia A y B Se obtiene una temperatura de equilibrio de las dos sustancias q va de la relacin de sus masas.XI. Bibliografa Serway.Fsica. Editorial McGraw-Hill (1992) Tipler P. A.Fsica. Editorial Revert (1994). Alonso M. y Finn E. J.Fsica. Editorial Addison-Wesley Interamericana (1995). Varios autores.Fsica I. Primer cuatrimestre de Ingeniera Industrial. Curso 1998-99. Dpto. Fsica Aplicada I, E. T. S. I. Industriales y de Telecomunicacin (Bilbao). Varios autores.Fsica II. Segundo cuatrimestre de Ingeniera Industrial. Curso 1998-99. Dpto. Fsica Aplicada I, E. T. S. I. Industriales y de Telecomunicacin (Bilbao). Eisberg, Lerner.Fsica.Fundamentos y Aplicaciones. Editorial McGraw-Hill (1983). Gettys, Keller, Skove.Fsica Clsica y Moderna. Editorial McGraw-Hill (1991). Burbano S., Burbano E., Gracia C.Fsica General. Editorial Tebar (2004) Goldemberg.Fsica general y experimental. Editorial Interamericana (1972). Sears, Zemansky, Young.Fsica Universitaria. Editorial Fondo Educativo Interamericano (1986). Melissinos A. C., Lobkowicz F.Physics for Scientist and Engineers.W. B. Saunders & Co (1975).