calor especifico ricardo

Objetivos

Objetivo general

Analizar de qué manera reaccionan distintos materiales al exponerlos a un cambio de temperatura.

Objetivos específicos

Analizar la temperatura en que un material calentado consigue el equilibrio al exponerse a un cambio de temperatura.

Determinar los calores específicos para cada material a partir de la temperatura de equilibrio obtenida.

Analizar los conceptos de calor específico, temperatura de equilibrio, calor cedido, calor absorbido etc. tratados durante esta experiencia.

Analizar los intercambios de calor que tienen lugar en el interior del vaso de icopor (calorímetro) lleno de agua que contiene al material.

Discutir los factores de error en la determinación del calor específico del sólido.

Marco teórico

Cantidad de calor

Si ponemos en contacto dos cuerpos, uno caliente y otro frío, el primero se enfría y el segundo se calienta. Esta transferencia de energía desde el primer cuerpo hasta el segundo se lleva a cabo de la manera siguiente: las partículas del cuerpo más caliente, que se mueven más rápidamente por tener más energía, chocan con las partículas del segundo que se encuentran en la zona de contacto, aumentando su movimiento y, por tanto su energía. El movimiento de éstas partículas se transmite rápidamente a las restantes del cuerpo, aumentando la energía contenida en él a costa de la energía que pierde en los choques las partículas del primer cuerpo. La energía que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor. No es correcto afirmar que el calor se encuentra almacenado en los cuerpos, lo que está almacenado en ellos es la energía, es decir, calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro o de un sistema a otro. Los cambios en el proceso de transferencia de energía se llevan a cabo en una dirección, desde el que suministra dicha energía hasta el que la recibe.

En las fig. 1 y 2 podemos observar que el cambio de temperatura puede darse por:

1. Realizando un trabajo.2. Agregándole calor directamente.

Aumento de temperatura del agua al efectuar un trabajo sobre esta.(experimento realizado por sir james joule).

El agua se calienta así como las aspas realizan trabajo agitan el liquido, entonces se puede decir que el aumento de temperatura es directamente proporcional a la cantidad de trabajo realizado.

Calentamiento del agua transfiriendo directamente calor.

El calentamiento directo también puede efectuar el mismo cambio en la temperatura que el trabajo realizado con el mismo fin.

Podemos definir una unidad de cantidad de calor con base en el cambio de temperatura de un material específico. La caloría (abreviada cal) se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5 °C a 15.5°C. Una unidad correspondiente de calor que usa grados Fahrenheit y unidades inglesas es la unidad térmica británica o Btu. Una btu es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra (peso) de agua 1 F°, de 63°F a 64°F.

1 cal = 4.186 j

1 Kcal = 1000 cal = 4186J

1 Btu = 778 ft· lb = 252 cal = 1055 J

Calor especifico

Usamos el símbolo Q para cantidad de calor. Cuando el calor está asociado a un Cambio de temperatura infinitesimal dT, lo llamamos dQ. Se observa que la cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de una masa m de cierto material de T1 a T2 es aproximadamente proporcional al cambio de temperatura ∆T= T2 - TI ya la masa m de material.

Donde es el calor requerido para cambiar la temperatura de la masa m, c

es una cantidad diferente para cada material llamada calor especifico y es la diferencia de temperaturas . Para un cambio infinitesimal de temperatura dT y la cantidad de calor correspondiente dQ,

El calor específico del agua es aproximadamente

4190J/kg'K 1 cal/g'Co o I Btu/lb' P'

El calor específico de un material siempre depende un poco de la temperatura inicial y del intervalo de temperatura. La siguiente figura muestra esta variación para el agua.

Capacidad calorífica molar

A veces resulta más útil describir una cantidad de sustancia en términos del número de moles n en lugar de la masa m del material. Recuerde que un mol de cualquier sustancia pura siempre contiene el mismo número de moléculas. la masa molar de cualquier sustancia, denotada con M, es la masa por mol. (A veces se llama a M peso molecular, pero es preferible masa molar; la cantidad depende de la masa de una molécula, no de su peso.) Por ejemplo, la masa molar del agua es de 18.0 g/mol = 18.0 X 10-3 kg/mol; un mol de agua tiene una masa de 18.0 g = 0.0180 kg. La masa total ni de material es la masa por mol M multiplicada por el número de moles n:

Reemplazando la masa de la ecuación anterior obtenemos:

El producto Mc se denomina capacidad calorífica molar denotada con C. entonces reescribiendo la ecuación tenemos

Donde es el calor requerido para cambiar la temperatura de n moles, c es

la capacidad calorífica molar y es la diferencia de temperatura.

Entonces la capacidad calorífica molar la podemos definir como:

la capacidad calorífica molar del agua es

C = Mc= (0.0180 kg/mol)( 4190 J/kg· K) = 75.4 J/mol· K

En la siguiente tabla mostramos la capacidad calorífica y calor especifico molar para varias sustancias.

Descripción

Inicialmente a través del peso electrónico medimos las diferentes masas de los materiales a los cuales se les quería determinar el calor específico. También se midió la masa del colorímetro vacío para luego medirlo con el agua adicionada y poder hallar la masa del agua contenida dentro del recipiente (calorímetro). Posteriormente se llenó con agua el generador de vapor y se introducía una por una cada una de las muestras: aluminio, cobre y plomo hasta que llegara a una temperatura de 80ºC, aproximadamente (midiendo la temperatura con ayuda del sensor de temperatura y ejecutando el programa DataStudio); teniendo en cuenta que la muestra no tocara el fondo del generador de vapor. Luego de alcanzar esta temperatura se procedía a apagar el generador de vapor, esperando a que la temperatura disminuyera aproximadamente a 75ºC. A continuación trasladábamos la muestra a un calorímetro con la masa de agua a temperatura ambiente anteriormente medida. Luego esperamos a que la temperatura se nivelara o estabilizara, obteniendo así a través del programa DataStudio la temperatura final del agua y del material (temperatura de equilibrio).

Procedimiento

1. Se midió la masa del calorímetro, la masa de cada una de las muestras(Aluminio, cobre y plomo), la temperatura de las muestras y del agua en el calorímetro.

2. Se llenó con agua el generador de vapor e introdujimos cada una de las muestras: aluminio, cobre y plomo en este. Se esperó a que el agua llegara a una temperatura aproximadamente de 80ºC; teniendo en cuenta que la muestra no tocara el fondo del generador.

3. Apagamos el generador y esperamos a que la temperatura bajara a unos 75ºC aproximadamente.

4. Depositábamos en el calorímetro una masa de agua a temperatura ambiente de manera que su capacidad sumergiera toda la muestra.

5. Por último, introducimos el material dentro del calorímetro y esperamos a que la temperatura se estabilizara y llegara al equilibrio térmico. Con ayuda del programa DataStudio calculamos esta temperatura.

Análisis de resultados

1. Halle el calor específico del (los) material(es) de prueba teniendo en cuenta que para la experiencia realizada se aplica la conservación de la energía, de tal manera que, si se asume (piense si esto es completamente razonable) que todo el sistema agua-recipiente-muestra está aislado de los alrededores, el calor que cede un cuerpo (o varios cuerpos) es igual al calor absorbido por los demas:

Es decir

Tome el calor específico del agua como . Asuma que el recipiente es

totalmente aislante térmico. Es decir no absorbe calor.

Datos y fórmulas

cagua= 4190J/Kg*K

cmuestra=

Magua= M(recipiente+agua) - Mrecipiente

Aluminio

Maluminio= 198.6g=0.1986Kg

Mrecipiente= 14.86 g

M(recipiente+agua)= 258.86 g

Magua= 258.86g – 14.86g= 244g=0.244Kg

Toagua= 25.6ºC

Toaluminio=75.5ºC

Tequilibrio= 31ºC

Caluminio= = 624.68J/Kg*K

Plomo

Mplomo=226.86g=0.22686Kg


M(recipiente+agua)= 235.55 g

Magua= 235.55g – 14.86g= 220.69g=0.22069Kg

Toagua= 26.5ºC

Toplomo=75ºC

Tequilibrio= 27.7ºC


Cobre

Mcobre=193.27g=0.19327 Kg


M(recipiente+agua)= 276.06g

Magua= 276.06g – 14.86g= 261.2g=0.2612Kg

Toagua= 27.1ºC

Tocobre=78.4ºC

Tequilibrio= 28.7ºC


2. Presente las tablas que fueron utilizadas en la toma de datos debidamente llenas con los valores calculados de los calores específicos utilizando el método anteriormente explicado y sus respectivos errores porcentuales, utilizando los valores aceptados en la bibliografía. Analice que tan razonables son los errores calculados y si son muy grandes, que motivos pudo haber para ello.

Aluminio Cobre PlomoMasa de la Muestra 0,1986 kg 0,19327 kg 0,22686 kg Masa de Agua 0,244 kg 0,2612 kg 0,22069 kg Temp Inicial Agua 25,6 ºC 27,1ºC 26,5 ºCTemp Inicial Muestra 75,5 ºC 78,4 ºC 75 ºCTemp Final Conjunta 31ºC 28,7 ºC 27,7 ºC Calor Esp Teor 910 J/kg*K 390 J/kg*K 130 J/kg*KCalor Esp Exp 624,68 J/kg*K 333,1 J/kg*K 103,4 J/kg*K% Error 31,30% 14,50% 20,40%

%Error=

Aluminio cteorico=910J/Kg*K

%Error= % = 31.3%

Plomocteorico=130J/Kg*K

%Error= = 20.4%

Cobrecteorico=390J/Kg*K

%Error= =14.5%

Durante toda experiencia en un laboratorio se realizan errores que se ven reflejados en los resultados de la práctica en este caso se pudieron presentar contratiempos por las condiciones ambientales, por el paso de un recipiente a otro y además porque se presentó el problema de que el recipiente de icopor no se pudo cerrar para realizar de manera correcta el laboratorio, lo cual nos conduce a decir que este no estaba totalmente asilado térmicamente. Estos errores se ven más detallados en los criterios de error de la experiencia.

Criterios de error

A lo largo de esta experiencia se incurrió en una serie de errores tanto sistemáticos como casuales que llevaron en cierta forma a que la experiencia no se realizara de una manera 100% correcta. Entre los errores más importantes a destacar encontramos:

El calorímetro no se encontraba cerrado del todo, lo cual permitió que la parte superior estuviera en contacto con el ambiente y que posiblemente se produjera una pérdida de energía calorífica.

Pudo haber una pérdida de energía, a la hora de trasladar el material del recipiente en el cual se calentó (80°C) al recipiente de icopor que se encontraba a temperatura ambiente.

Falencias a la hora de medir el peso del agua, de los materiales y del calorímetro.

Conclusiones

Después de realizar la experiencia de calores específicos se puede concluir que al comparar los tres datos hallados experimentalmente y los teóricos para cada uno de los materiales usados: aluminio, cobre y plomo, estos son diferentes para cada uno pues el calor específico es único para cada elemento y depende en ocasiones de la temperatura inicial y del intervalo de la temperatura. Además esta depende de la masa molar, que corresponde a cuantos gramos hay en una mol del elemento, esta está relacionada con el calor específico, ya que, cuando hay átomos o moléculas vibrando se almacena energía calorífica. Además si se presentan enlaces como puentes de hidrógeno hay mayor almacenamiento de energía calorífica en ellos. Finalmente las impurezas en un material también pueden afectar de manera significativa el calor específico de éste.

También podemos concluir que el calor que absorbe o recibe un material es directamente proporcional al valor del calor específico de éste. Ya

que Q=mc , por lo tanto, a mayor calor específico, mayor será el calor

cedido o absorbido. Por esto, vemos que la temperatura de equilibrio también es directamente proporcional a este valor. Ya que el aluminio tiene mayor calor específico, el agua recibirá una mayor cantidad de calor y por consiguiente, la temperatura final de los dos elementos será mayor en comparación con la de cobre y plomo.

Por último, podemos decir que se comprobó con esta experiencia la conservación de la energía, ya que al introducir el material calentado en el agua a temperatura ambiente ambos buscaron un equilibrio térmico, que se vio reflejado en la temperatura final, igual para los dos. Es por esto, que se pudo utilizar la fórmula que afirma que el calor cedido es igual al absorbido.

FUNDACION UNIVERSIDAD DEL NORTE

DIVISIÓN DE INGENIERIAS

FISICA CALOR ONDAS

LABORATORIO CALOR ESPECÍFICO

PRESENTADO POR:

JAIME CHRISTIANSEN

KATHERINE GARCIA

CARLOS LONDOÑO

RICARDO MANOTAS

A:

PROF. ERICK TUIRAN

BARRANQUILLA, ATLANTICO

MAYO 27 DEL 2010

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