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INDICE

Caratula………………………………………………………………….. pág. 1Índice…………………………………………………............................. pág. 3Calor especifico de los metales……………………………………........... pág. 4ObjetivosFundamento Teórico.Calor.Unidades de medida del calor.Capacidad calorífica.Calor especifico.Calorímetro.Equipos y materiales……………………………………………………....pág. 6Cálculos y resultados ……………………………………………………. Pág. 7Experimento Nº 1 “Calculo de la capacidad calorífica”…………………. Pág. 7Experimento Nº 2 “Calculo del calor especifico del Pb, Al y Fe”………. Pág. 8Calor especifico del Plomo………………………………………………. Pág. 9Calor especifico del Aluminio…………………………………………… pág. 10Calor especifico del hierro……………………………………………….. pág. 11Observaciones y Conclusiones…………………………………………… pág.12Bibliografía……………………………………………………………….. pág.13

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CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS

I. OBJETIVOS:

Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro por principios del calor.Determinar el calor específico de cada metal (plomo, hierro y aluminio).Calcular y comparar datos teóricos de calores específicos de los metales.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

CALOR

Es la transferencia de energía térmica desde un sistema a otro de menor temperatura que fluye espontáneamente según lo describe la termodinámica. Esta transferencia de calor puede usarse en la mecánica para realizar trabajo sobre algún sistema y de ahí sus aplicaciones.

Matemáticamente la transferencia de calor provocado por una variación de temperatura puede describirse como:

Ahora si consideramos el ce (Calor específico del material) constante:

Y de ahí la expresión quedaría como:

Donde ΔT=T2-T1 ; Variación de temperatura.

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dQ=ce .m .dT

∫ dQ=Ce .m∫T 1

T 2

dT

Q=Ce .m . ΔT

fig.:

transmisión de calor

UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR

En el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule (unidad de medida) Joule.

Otra unidad ampliamente utilizada para la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua a 1 atmósfera de presión para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados Celsius. La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (Kcal), que se conoce como caloría grande y es utilizada en nutrición.

Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:

El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades.

CAPACIDAD CALORÍFICA

Se define como la cantidad de calor ganado o cedido que necesita la masa de una sustancia para que la temperatura varié en un grado.

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K= QΔT

Siendo las unidades: Cal/ºC, Kcal. /Kg. ºC, J/ºC.

CALOR ESPECÍFICO

El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de una masa determinada de una sustancia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).

El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:

Donde:

Q: es el calor aportado al sistema

M: es la masa del sistema

C: es el calor específico del sistema

ΔT: es el incremento de temperatura que experimenta el sistema

Las unidades más habituales de calor específico son:

EL CALORÍMETRO:

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

Este recipiente, se encuentra aislado convenientemente con el propósito de evitar perdidas de calor cuyas paredes están hechas de materiales aislantes térmicos Se usa para estudiar mezclas caloríficas y para conservar sustancias a temperatura constante.

III. EQUIPOS Y MATERIALES:

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Un calorímetro de mezclas (un termo).Un termómetro de mercurio.Un mechero bunsen.Una olla para calentar el agua.Una balanza.3 trozos de metales (uno de plomo, uno cobre y otro de hierro).Agua.

IV. CALCULOS Y RESULTADOS:

EXPERIMENTO N°1

CÁLCULO DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO :

a) Secuencia de la experiencia:

Colocar dentro del calorímetro una cantidad MF de agua de caño, deje que se establezca el equilibrio y medir la temperatura del equilibrio TF

Calentar agua en la olla a una temperatura TC y luego colocar una cantidad MC de esta agua en el calorímetro.

Finalmente medir la nueva temperatura de equilibrio TM.

b) Datos obtenidos:

MF y TF: masa y temperatura del agua fría respectivamente.

MC y TC: masa y temperatura del agua caliente respectivamente.

TM: temperatura de la mezcla.

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Sea:

Q1: Calor ganado por el agua fría. Q 1=(mF)(C e)(TM−T F)

Q2: Calor perdido por el agua caliente. Q 2=(mC)(C e)(T C−TM )

Q3: Calor ganado por el calorímetro. Q 3=(Cc )(TM−T F )

Luego por conservación de la energía se sabe que:

Calor perdido=Calor ganado

Q 2=Q 1+Q3

(mC ) (Ce ) (TC−TM )=(mF)(C e)(TM−T F)+(C c)(T M−T F)

Despejando Cc y reemplazando datos se tiene:

C c=[ (mC ) (C e ) (T C−TM )−(mF)(Ce )(TM−T F)]

(TM−T F)

Calculo de la Cc con los primeros datos:

Cc1=[ (136.5 ) (1 ) (81−49 )−(146 ) (1 ) (49−21 ) ]

(49−21)=10.00Cal / º C

Calculo de la Cc con los segundos datos:

Cc2=[ (138.5 ) (1 ) (82−49 )−(147 ) (1 ) (49−22 ) ]

(49−22)=22.27Cal /º C

Promedio de las capacidades caloríficas:

Cc PROMEDIO = (Cc1 + Cc2)/2

Cc PROMEDIO = 16.14 Cal/ºC

EXPERIMENTO N°2:

CÁLCULO DEL CALOR ESPECIFICO DEL Pb, Al, y Fe.

a) Secuencia de la experiencia:

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Agregar al calorímetro 120 ml de agua, agitar y medir la temperatura.

Introducir uno de los metales en un recipiente, agregar la cantidad de agua necesaria para que se cubra el metal.

Calentar el recipiente con el metal hasta cierta temperatura, esperar alrededor de 5 minutos para que el metal alcance dicha temperatura.

Con una pinza sacar el metal e introducirlo en el calorímetro.

Agita el sistema y leer la temperatura de la mezcla.

Realizar estos procedimientos para cada uno de los metales (plomo, aluminio y hierro).

PLOMO:

Datos obtenidos:

Sea:

Q1: Calor ganado por el agua fría. Q 1=(mF)(C e)(T eq−T F)

Q2: Calor perdido por el PLOMO. Q 2=(mPb)(CePb)(T C−T eq)

Q3: Calor ganado por el calorímetro. Q 3=(Cc )(T eq−T F)

Luego por conservación de la energía se sabe que:

Calor perdido=Calor ganado

Q 2=Q 1+Q3

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(mPb) (CePb ) (T C−T eq )= (mF ) (C e ) (T eq−T F )+(C c ) (T eq−T F )

Despejando CePb y reemplazando datos se tiene:

(CePb )=[(mF)(C e)(T eq−T F)+ (C c ) (Teq−T F ) ]

(mPb)(T C−T eq)

(CePb )=[ (106.5 ) (1 ) (25−22 )+(16.14 )(25−22 ) ]

(92.5)(80−25)=0.07Cal /g º C

Despejando CePlomo (Experimental):

C ePb=0 .070cal / g .C º

Ce Plomo (Teórico):

C ePb=0 ,031cal /g .C º

% error=(Valor teorico – Valor experimental)x 100/(valor te órico)

¿(0.031−0.070) x100/0.031

% error=−125.80 %

ALUMINIO:

Datos obtenidos:

Sea:

Q1: Calor ganado por el agua fría. Q 1=(mF)(C e)(T eq−T F)

Q2: Calor perdido por el ALUMINIO. Q 2=(mAl)(CeAl)(T C−T eq)

Q3: Calor ganado por el calorímetro. Q 3=(Cc )(T eq−T F)

Luego por conservación de la energía se sabe que:

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Calor perdido=Calor ganado

Q 2=Q 1+Q3

(mAl ) (CeAl ) (TC−T eq )=(mF ) (C e ) (T eq−T F )+(C c ) (T eq−T F )

Despejando CeAl y reemplazando datos se tiene:

(CeAl )=[(mF )(Ce)(T eq−T F)+(Cc ) (T eq−T F ) ]

(mAl)(TC−T eq)

(CeAl )=[ (120.5 ) (1 ) (26−22 )+(16.14) (26−22 ) ]

(43.5)(80−26)=0.232Cal / g ºC

Despejando CeAluminio (Experimental):

C eAl=0 .232cal / g .C º

Ce Plomo (Teórico):

C eAl=0 ,214 cal /g .C º

% error=(Valor teorico – Valor experimental)x 100/(valor te órico)

¿(0.214−0.232) x100 /0.214

% error=−8.411 %

HIERRO:

Datos obtenidos:

Sea:

Q1: Calor ganado por el agua fría. Q 1=(mF)(C e)(T eq−T F)

Q2: Calor perdido por el HIERRO. Q 2=(mFe)(CeFe)(T C−T eq)

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Q3: Calor ganado por el calorímetro. Q 3=(Cc )(T eq−T F)

Luego por conservación de la energía se sabe que:

Calor perdido=Calor ganado

Q 2=Q 1+Q3

(mFe) (CeFe) (T C−T eq )= (mF ) (C e ) (T eq−T F )+ (C c ) (T eq−T F )

Despejando CeFe y reemplazando datos se tiene:

(CeFe)=[(mF)(Ce)(T eq−T F)+(C c ) (T eq−T F ) ]

(mFe)(T C−T eq)

(CeFe)=[ (75.5 ) (1 ) (29−21 )+(16.14) (29−21 ) ]

(91.5)(80−29)=0.157Cal / g ºC

Despejando CeHierro (Experimental):

C eFe=0 .157cal /g .C º

Ce Hierro (Teórico):

C eFe=0 ,119 cal /g .C º

% error=(Valor teorico – Valor experimental)x 100/(valor te órico)

¿(0.119−0.157)x 100/0.119

% error=−31.830 %

V. OBSERVACIONES:

Antes de realizar la medición de la temperatura dentro del calorímetro se debe esperar hasta que el sistema se homogenice, es decir que las masas presentes alcancen una temperatura de equilibrio.

Al medir la temperatura de equilibrio luego de introducir el metal, notamos que esta es más próxima a la de agua fría que a la del metal.

Cabe considerar que en el transcurso de llevar los metales al calorímetro, se pudo haber perdido un poco de calor al exterior, ya que en la experiencia los sólidos los tuvimos que sacar del agua caliente y estuvo un instante de tiempo en contacto con el

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medio ambiente antes de introducirlos al calorímetro por consecuencia el error que encontramos.

VI. CONCLUSIONES:

El calor es energía que se transfiere de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes temperaturas. 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. Es decir el calor que pierde uno lo ganara el otro.

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 un cuerpo gana calor ∆T es positiva, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando un cuerpo pierde calor su ∆T es negativa es decir la energía térmica fluye hacia fuera del sistema.

Se concluye que el equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico por la transferencia de energía, en este caso calor; para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica total del sistema se mantiene.

Con estos metales podemos concluir que 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.

VII. BIBLIOGRAFIA:

Libros consultados:

Física, Serway, Raymond A, edit. Interamericana, México (1985).

Física, Resnick, Robert; Halliday, David; Krane, Kenneth S, edit. CECSA 1993

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Páginas Web consultadas:

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_estacionaria

http://drupal.puj.edu.co/files/.pdf

http://uk.geocities.com/piklemas/cuerdytubs.html

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