ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FISICAS

INFORME DE LABORATORIO DE FISICA B

Profesor:

Ing. Carlos Alberto Martínez B.

Título de Practica:

Calor Especifico de los Solidos

Nombre:

Juan Xavier Galarza Cuadros

Grupo de Trabajo:

Daniela Zambrano

Bryan Puero

Juan Galarza

Fecha de entrega:

Viernes 09, Noviembre, 2012

Paralelo:

9

Año Electivo:

2012 – 2013 II Termino

Resumen:

En esta práctica realizamos un experimento muy interesante en el cual nos ayudara en la determinación del calor especifico de un desconocido material que más adelante descubriremos que correspondía al Hierro. Con la ayuda de un calentador eléctrico insertábamos el material previamente pesado con 50gr que hasta ese momento no era conocido, y dejábamos que se eleve su temperatura mientras más alta sea esta mejor; en nuestro caso alcanzamos los 85ºC; para luego insertarla en un calorímetro. Los datos que conseguíamos eran datos con valores muy pequeños en los que pudimos notar q una o dos centésimas realizaban un cambio muy importante en nuestro resultado; entonces aquí podemos notar la importancia de realizar correctamente las mediciones al igual que en todas las practicas.

(English…)

In this practice we made a very interesting experiment which will help us in determining the specific heat of an unknown material that later discover that corresponded to iron. With the help of an electric heater we put in the material previously weighed 50g which hitherto was not known, and left it to rise its temperature the higher is better, in our case we reach 85 ° C, and then insert it into a calorimeter. The data that we got were very small data values in which we could see one or two hundredths q performing a very important change in our result, then here we can see the importance of correct measurements as in all practices.

Objetivos:

- Calcular experimentalmente el calor especifico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas..

Introducción:

El calor es la transferencia de energía térmica desde un sistema a otro de menor temperatura. La energía térmica puede ser generada por reacciones químicas (como en la combustión), reacciones nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre.

La temperatura es una propiedad que tienen los cuerpos, para determinar si están o no en equilibrio térmico con otros. Los instrumentos diseñados para

medir la temperatura se los conoce con el nombre de "termómetros*. Para elevar la temperatura de un cuerpo se le debe añadir calor y la cantidad de calor (Q) requerida es proporcional a la masa m del cuerpo y a la elevación de la temperatura∆T .

Qm

Q(T 2– T1)óT

Para convertir ésta expresión en una ecuación, introducimos el valor de la constante c.

Q=mcT

Esta constante c, es una constante de proporcionalidad y se la denomina "CALOR ESPECÍFICO". Se define como calor específico de una sustancia a la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado Celsius la temperatura de 1 g de dicha sustancia.

Puesto que el calor es una forma de energía, se podría expresar esta energía en el sistema de unidades métrico, y también en el sistema de unidades británico.

Sistemamétrico caloríasg .° C

Sistemabritánico Btulib . ° F

Medición del calor específico de un sólido (Procedimiento Guía de Laboratorio de Física B)

Cuando dos o más cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto térmico se observa que, al cabo de cierto tiempo, todos ellos tienen la misma temperatura.

Uno de los métodos para determinar el calor específico de un cuerpo, es el método de las mezclas. Para ello pondremos dos cuerpos A y B en contacto térmico en el interior de un calorímetro aislado térmicamente del medio exterior.

Al no existir, o ser muy pequeño el intercambio de calor con el medio exterior a través de las paredes del calorímetro, la cantidad de calor cedida por el cuerpo más caliente será igual a la absorbida por el cuerpo de menor temperatura.

A B

La ecuación correspondiente será:

Q1=−Q2

O también:

Q1+Q2=0 .

En donde se han tenido en cuenta el signo de las cantidades de calor, positivas cuando son absorbidas y negativas cuando son cedidas por un cuerpo.

Cuando se ponen en contacto térmico varios cuerpos y solo puede intercambiar calor entre ellos y no con el medio exterior, la ecuación correspondiente seria:

Generalizando, se tiene la ley de conservación de la energía para el calor:

En un sistema cerrado, la suma algebraica de las cantidades de calor intercambiadas entre los cuerpos que forman un sistema es igual a cero.

0.........211

º

ni

cuerposdenN

i

QQQQ

Donde, el subíndice 1 hace referencia al cuerpo frío y el subíndice 2 al caliente. La temperatura en el equilibrio será superior a e inferior a .

La anterior ecuación indica que si se conocen los valores del calor específico, midiendo temperaturas y masas, es posible determinar cantidades de calor.

Para nuestro caso, como tenemos al calorímetro, al agua y a nuestro solido desconocido, planteamos la ecuación de la ley de conservación de la energía para el calor.

Q1+Q2+Q3=0

mH 2OcH2O (T E−T Amb. )+mCal c Al. (T E−T Amb .)+csust .msust . (T E−T sust .)=0

Despejando la ecuación hallamos el Calor específico del cuerpo desconocido.

csu st .=(mH2OcH2O+mCal c Al .) (T E−T Amb .)

msust .(T sust .−T E) (ECUACIÓN 1)

El aparato que se utiliza para ello se denomina Calorímetro. Un calorímetro es un sistema formado por dos vasos de paredes plateadas, separados por una

capa de aire. El vaso mayor lleva una tapa de madera con dos perforaciones: una para insertar un termómetro y otra para dejar pasar un agitador. El aire y la madera son malos conductores del calor (buenos aislantes), mientras que la radiación es reflejada por las paredes especulares de los dos recipientes. Así queda térmicamente aislado el vaso interior y aquello que en él se coloque. Este aparato es muy utilizado en el cálculo de calores específicos de algunos materiales. El material a cierta temperatura es introducido al calorímetro el cual contiene un líquido calorimétrico, que es generalmente agua. Cuando un cuerpo a diferente temperatura que la del agua se sumerge en ella y se cierra el calorímetro, se produce una cesión de calor entre ambos hasta que se alcanza el equilibrio térmico. El termómetro permite leer las temperaturas inicial y final del agua y con un ligero movimiento del agitador se consigue una temperatura uniforme. Conociendo el calor específico y la masa del agua utilizada, mediante la ecuación calorimétrica se puede determinar la cantidad de calor cedida o absorbida por el agua.

Se utilizó un termómetro de mercurio para medir las diferentes temperaturas, fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.

También un generador de vapor, el cual mediante un calentador, procede a elevar la temperatura del liquido que en este caso fue agua, y al momento de llegar al punto de ebullición del mismo, pasa el vapor por un conducto que va hasta donde está el cuerpo desconocido, elevando la temperatura del mismo.

Para realizar la práctica correctamente colocamos todos los materiales de la manera en que la expresa el grafico siguiente:

Procedimiento Experimental:

Una vez explicada la parte teórica, procedimos a realizar las experiencias en el Laboratorio.

Lo primero que se debe de hacer en este experimento es tomar ciertas mediciones las cuales nos serán de utilidad al momento de realizar los cálculos.

Se midió 50g de muestra del cuerpo desconocido, el cual se lo colocó en el receptor metálico de la estructura usada.

Se calentó agua en el generador de vapor, haciendo que el vapor de agua pase a través de una manguera, hacia el receptor metálico, esperamos a que alcance una temperatura cercana a 100℃. Para realizar una buena práctica esperamos a una temperatura mayor o igual a 85℃.

Mientras se calienta el generador de vapor, en el calorímetro se vertió 50cc de agua medidos con una probeta, lo cual equivale a 50 g.

Cuando la muestra ya está caliente, con ayuda del embudo se depositó la muestra en el calorímetro, agitamos un poco el calorímetro y esperamos hasta que haya un equilibrio térmico.

Con ayuda del termómetro se midió la temperatura de equilibrio T E.

Con aquellos datos, se procedió a llenar la tabla experimental.

Con dicha tabla llena y teniendo todo los valores necesarios, aplicamos la Ecuación 1 despejada anteriormente y calculamos experimentalmente el calor latente de dicho solido desconocido.

Aplicamos los cálculos y con los resultados obtenidos calculamos el porcentaje de error de la práctica.

Resultados:

Agua Calorimetro Sustancia

Masa 50.0±0.1 gr 200.0±0.1 gr 50.0±0.1 gr

Calor Especifico 1 calgr ºC 0.2

calgr ºC 0.1241

calgr ºC

Temperatura Inicial 23.5±0.5ºC 23.5±0.5ºC 85.0±0.5ºC

Temperatura Final 27.0±0.5ºC 27.0±0.5ºC 27.0±0.5ºC

Determinar el valor del Calor especifico de la sustancia experimental.

csust .=(mH 2O

cH 2O+mCal c Al. ) (T E−T Amb . )

msust . (T sust .−T E )

csust .=(50 x1+200 x 0.2 ) (27−23.5 )

50 (85−27 )

csust .=(50+40 ) (3.5 )50 (58 )

csust .=( 90 ) (3.5 )2900

csust .=3152900

csust .=0.1086

mH 2OcH2O+mCal c Al .=a

T E−T Amb .=∆T

msust .

a=(90.0±0.1 ) calºC

∆T 1=(3.5±1.0)ºC

∆T 2=(58.0±1.0)ºC

δ csust .=0.1086 (0.1290

+ 13.5

+ 158

+ 0.150

)

δ csust .=0.1086 (0.001333+0.2857+0.0172+0.002)

δ csust .=0.1086 (0.306233)

δ csust .=0.03326

csust .= (0.1086 ± 0.03) calgr ºC

Diferencia Relativa:

Valor teórico del calor especifico del hierro: 0.113

Error=|V T−V E

V T|x100

Error=|0.113−0.10860.113 |x100Error=|0.00440.113 |x100Error=|0.03894|x100

Error=3.89%

Imagen del equipo ensamblado y listo para realizar la pratica

Discusión:

A lo largo de esta practica no es muy difícil notar la lo ya antes dicho, la importancia de las mediciones y el proceso tomar correctamente todas las mediciones.

En el experimento realizado podemos notar que hemos obtenido un error relativo del 3.5% el cual se encuentra dentro del rango aceptable de las prácticas de laboratorio, y considerado como excelente.

Este aceptable error se debe a la precisión que tuvimos los experimentadores al momento de pesar la muestra y de seleccionarla ya que esta se encontraba de contaminada con otros metales, nosotros para poder obtener pura la muestra la obtuvimos con un imán ya que de esta manera el hierro era atraído por magnetismo así mismo de usar los termómetros y de traer el agua; -estos equipos eran de poca precisión-; Es importante tomar en cuenta que al momento de transportar la mezcla al calorímetro y de agitarla se pierde una parte de energía con el aire es por eso que la temperatura que tomamos es la máxima q nos marca el termómetro ya que después empieza a disminuir, y hemos notado el éxito en la práctica.

Para obtener estos resultados, tuvimos que aplicar diferentes conceptos ya aprendidos en nuestras clases teóricas, tales como las fórmulas de calorimetría y conservación de la energía con las que obtuvimos los valores respectivos del calor especifico.

En la clase de laboratorio después de aplicar los conceptos ya aprendido encontramos el valor requerido; que de acuerdo a nuestro resultado el material que utilizamos fue una varilla de HIERRO, ya que el valor q obtuvimos es cercano al teórico de este mismo.

Conclusiones:

En base al desarrollo de la práctica y al resultado de la misma, podemos concluir lo siguiente:- Obtuvimos el valor correspondiente del calor especifico del

correspondiente material, que al final resultó ser el Hierro.- Pudimos observar, analizar y usar la ley de la termodinámica y

conservación de la energia y las diferentes ecuaciones aprendidas en las clases teóricas, para los cálculos respectivos.

- Cumplimos con los objetivos de la practica- Podemos decir hemos realizado una práctica exitosa ya que obtuvimos

resultados con errores aceptables.

Bibliografía:Guía de Laboratorio de Física B, ESPOL, 2012