laboratorio fisica 7 calor especifico
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CALOR ESPECÍFICO
Tópicos Relacionados
Masa, Densidad, Conservación de la Energía, Temperatura, Calor
1. OBJETIVOS.
- Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro.
2. EQUIPOS Y MATERIALES:
- Un (01) calorímetro y sus accesorios
- Una (01) Cocina eléctrica
- Un (01) Termómetro
- Un (01) recipiente con agua
- Una (01) una balanza
- Una (01) una extensión eléctrica
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Línea del Tiempo
1592
Galileo diseña el primer termómetro
1641
El Duque de Toscana, construye el termómetro de
bulbo de alcohol con capilar sellado
1717
Fahrenheit construyó e introdujo el
termómetro de mercurio con bulbo
1740
Celsius, propuso los puntos de fusión y ebullición
del agua al nivel del mar (P=1 atm) como puntos
fijos y una división de la escala en 100 partes
(grados).
1745
Joseph Black introdujo los conceptos de calor
específico y de calor latente de cambio de estado.
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1779
Se asentaron las bases para utilizar las máquinas de
vapor para mover maquinaria industrial, para el
transporte marítimo y terrestre. Watt ideó la
separación entre el expansor y el condensador y a
partir de entonces empezó la fabricación a nivel
industrial.
1798
B. Thompson (conde Rumford) rebatió la teoría
del calórico de Black diciendo que se podía
generar continuamente calor por fricción, en contra
de lo afirmado por dicha teoría
1842
Con los concluyentes experimentos de Mayer y
Joule, se establece que el calor es una forma de
energía. Establecen una correspondencia entre la
energía mecánica y el calor.
1967
Se adopta la temperatura del punto triple del agua
como único punto fijo para la definición de la
escala absoluta de temperaturas y se conservó la
separación centígrada de la escala Celsius.
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TEMPERATURA
Se define temperatura como la propiedad común a los cuerpos que se
encuentran en equilibrio térmico
La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia, la
temperatura se mide con un instrumento llamado termómetro
La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura,
de la capacidad de la sustancia para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si
se procede con cuidado, es posible comparar las temperaturas relativas de dos
sustancias mediante el tacto, es imposible evaluar la magnitud absoluta de las
temperaturas a partir de reacciones subjetivas. Al variar la temperatura, las sustancias
se dilatan o se contraen, su resistencia eléctrica cambia y, en el caso de un gas, su
presión varía. La variación de alguna de estas propiedades suele servir como base
para una escala numérica precisa de temperaturas
La temperatura depende de la energía cinética; según la teoría cinética la energía
puede corresponder a movimientos rotacionales, vibracionales y traslacionales de las
partículas de una sustancia. La temperatura, sin embargo, sólo depende del
movimiento de traslación de las moléculas. En teoría, las moléculas de una sustancia
no presentarían actividad traslacional alguna a la temperatura denominada cero
absoluto.
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ESCALAS DE TEMPERATURA
En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escala
Celsius —también conocida como escala centígrada—, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin,
la escala Rankine o la escala termodinámica internacional. En la escala Celsius, el punto de
congelación del agua equivale a 0 °C y su punto de ebullición a 100 °C. Esta escala se utiliza
en todo el mundo, en particular en el trabajo científico. La escala Fahrenheit se emplea en los
países anglosajones para medidas no científicas y en ella el punto de congelación del agua se
define como 32 °F y su punto de ebullición como 212 °F. En la escala Kelvin, la escala
termodinámica de temperaturas más empleada
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Escala centígrada o Celsius ºC
El grado Celsius, denominado también grado
centígrado, representado como °C, es la unidad creada por
Anders Celsius.
Se da el valor 0 a la temperatura de congelación del
agua y el valor 100 a la temperatura de ebullición del agua
(ambas medidas con una presión normal), y dividiendo la
escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas
definida como 1 grado Celsius.
Escala Kelvin o absoluta ºK
El grado kelvin es una unidad de temperatura
creada por Lord Kelvin sobre la base de la escala
centígrada, estableciendo el punto cero en el cero
absoluto (-273,15°C) y conservando la misma
dimensión para los grados.
El kelvin es la unidad de temperatura en el
Sistema Internacional de Unidades, correspondiente
a una fracción de 1/273.16 partes de la temperatura
del punto triple del agua. Se representa con la letra
K. Coincidiendo el incremento en un grado Celsius
con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de
la escala: A la temperatura de 0 K se la denomina
cero absoluto y corresponde al punto en el que las
moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima
energía térmica posible. Ningún sistema
macroscópico puede tener una temperatura inferior.
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Grado Fahrenheit ºF
El grado Fahrenheit es una unidad de
temperatura propuesta por Gabriel Fahrenheit en
1724, cuya escala fija el cero y el cien en las
temperaturas de congelación y evaporación del
cloruro amónico en agua. Similar a lo que fija la
escala Celsius con la congelación y evaporación del
agua.
En la escala Fahrenheit, el punto de fusión del
agua es de 32 grados, y el de ebullición es de 212
grados. Una diferencia de 1,8 grados Fahrenheit
equivale a la de 1 grado centígrado.
Grado Rankine: ºR
El grado Rankine tiene su punto de cero
absoluto a -460°F y los intervalos de grado son
idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.
Grado Reamur: ºReamur
Grado Réaumur, unidad de temperatura en
desuso. Nombrada en honor de René Antoine
Ferchault de Réaumur que la propuso como unidad
en 1731.
Un valor de 0 Réaumur corresponde al punto
de congelación del agua y 80 Reaumur al punto de
ebullición del agua.
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CONVERSIONES DE TEMPERATURA
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CALOR
El calor siempre se transfiere desde el cuerpo de mayor temperatura al de
menor temperatura, independientemente de sus tamaños relativos. .
Calor, en física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o
entre diferentes cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es
energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de
menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la
primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía
no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta.
Unidad del Calor : Caloría (cal)
Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua
de 14,5 °C a 15,5 °C a la presión de 1 atmósfera (Presión normal
Unidades de Cantidad de Calor
Las unidades de cantidad de calor (Q) son las mismas unidades de trabajo (T).
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1 kgm = 9,8 J
1 J = 107 erg
1 kgm = 9,8.107 erg
1 cal = 4,186 J
1 kcal = 1000 (10³) cal
1 BTU = 252 cal
Sistea de Medida
•Sistema Técnico
•Sistema
Internacional (S.I.)
•Sistema C.G.S.
Unidad de Medida
•Kilográmetro
(Kgm)
•Joule (J)
•Ergio (erg)
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DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA
La temperatura y el calor están muy ligados, pero no son lo mismo. Cuando tocamos un
cuerpo lo podemos sentir caliente o frío según la temperatura que tenga, así como su capacidad
para conducir el calor. Es por ello que, si coloca sobre una mesa un bloque de madera y una
placa de metal, al tocar la placa de metal la siente más fría porque conduce mejor el calor de su
cuerpo que la madera, no obstante, los dos tienen la misma temperatura.
CALOR LATENTE
Cuando un cuerpo absorbe sin cambiar la
temperatura del agua es el calor latente; no se pierde, sino
que se emplea en transformar el agua en vapor y se
almacena como energía en el vapor. Cuando el vapor se
condensa para formar agua, esta energía vuelve a liberarse.
Del mismo modo, si se calienta una mezcla de hielo y
agua, su temperatura no cambia hasta que se funde todo el hielo. El calor latente absorbido se
emplea para vencer las fuerzas que mantienen unidas las partículas de hielo, y se almacena
como energía en el agua. Para fundir 1 kg de hielo se necesitan 19.000 julios, y para convertir
1 kg de agua en vapor a 100 °C, hacen falta 129.000 julios.
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Capacidad calorífica y Calor específico
Capacidad calorífica (C)
Es el calor que debe recibir una sustancia para que aumente su temperatura 1 ºC.
Por lo tanto si una cantidad de calor Q produce un cambio en la temperatura de una
sustancia se tiene:
Calor específico (c)
Es la razón entre la capacidad calorífica (C) de un cuerpo y la masa (m) de dicho
cuerpo.
•m es la masa de la sustancia en gramos.
C agua = 1 cal/g.°C C hierro = 0,114 cal/g.°C
C hielo = 0,5 cal/g.°C C latón = 0,094 cal/g.°C
C aire = 0,24 cal/g.°C C mercurio = 0,033 cal/g.°C
C aluminio = 0,217 cal/g.°C C cobre = 0,092 cal/g.°C
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C plomo = 0,03 cal/g.°C C plata = 0,056 cal/g.°C
FORMAS DE TRASMISION DE CALOR
CONDUCCIÓN
Si calientas una varilla de metal por un extremo, al rato
notarás cómo se calienta por el extremo opuesto.
El proceso por el que se transmite calor de un punto a
otro de un sólido se denomina conducción, en la
conducción se transmite energía térmica, pero no materia
Los átomos se mueven más deprisa y chocan con los
átomos vecinos, transmitiéndoles energía.
La energía térmica se transmite al otro extremo
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Sustancia Conductividad
térmica
Plata 0,97
Cobre 0,92
Aluminio 0,49
Acero 0,12
Latón 0,26
Plomo 0,083
Corcho 0,0001
Ladrillo 0,0015
Madera 0,0002
Hielo 0,004
Vidrio 0,002
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CONVECCIÓN
Los convección es el proceso por el
que se transfiere energía térmica de un punto
a otro de un fluido (líquido o gas) por el
movimiento del propio fluido.
Estas flechas indican las
CORRIENTES DE CONVECCIÓN, que es el
fluido moviéndose:
RADIACIÓN
Si pones un termómetro junto a una lámpara,
la temperatura se eleva.
El aire es muy mal conductor del calor (es
bastante aislante en comparación con otras
sustancias)…
Si se pone un termómetro en el vacío (sin
aire) junto a una lámpara, la temperatura se eleva,
La radiación es el proceso por el que los
cuerpos emiten energía que puede propagarse por el
vacío.
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Recuerda: no hace falta aire ni otra materia
para que una radiación se propague.
EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
Cuando dos cuerpos o sistemas a distinta temperatura se ponen en contacto
acaban igualando su temperatura. Se dice entonces que han alcanzado el equilibrio
térmico
Decimos que un sistema, desde el punto de vista macroscópico, está en
equilibrio termodinámico, cuando en todos sus puntos tiene las mismas propiedades.
Las propiedades de un sistema son, a modo de ejemplo, la presión; el volumen;
su densidad; su resistividad eléctrica; su constante dieléctrica; su temperatura; etc.
Esto quiere decir, que un sistema termodinámico está en equilibrio, cuando
podemos hablar o referirnos a cualquier propiedad termodinámica, como por ejemplo
a la presión o la temperatura, con un único valor para todo el sistema.
Cuando dos sistemas o cuerpos en
desequilibrio térmico entran en contacto, el de
mayor temperatura transfiere energía térmica al de
menor temperatura hasta conseguir el equilibrio
térmico.
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ESTADO TERMODINÁMICO
Cada conjunto de valores de las propiedades de un sistema, define un estado
termodinámico. Alcanza que varíe una sola de sus propiedades para que afirmemos
que varió su estado termodinámico.
La descripción del estado del sistema, puede realizarse mediante un enfoque
microscópico o macroscópico
ENFOQUE MICROSCOPICO
Decimos que el enfoque es microscópico, cuando analizamos cada una de las
partículas que lo integran. Esta descripción requiere que se conozca la posición y la
velocidad de cada partícula y puede efectuarse si el sistema está formado por un
número pequeño de ellas.
ENFOQUE MACROSCOPICO
El enfoque es macroscópico, cuando se puede especificar al sistema como un todo.
Esto requiere que las propiedades en todos sus puntos sean las mismas, para que
tenga sentido el hablar de cierta propiedad, con valor único.
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Equilibrio térmico
Cuando dos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en contacto, al cabo de
cierto tiempo se acaban igualando sus temperaturas. Se dice que ha logrado el
equilibrio térmico.
Calorímetro• Es un recipiente térmicamente aislado para evitar la fuga del calor, Se utiliza para
determinar el calor especifico de un solidó o liquido cualquiera
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PROCEDIMIENTO:
Determinación del calor especifico del calorímetro:
1. Medimos la masa del calorímetro (mc) , para lo cual utilizamos la balanza
2. Vertimos agua “fría” en el calorímetro a unos ¾ de su volumen. Determinar la
masa del agua “fría” (maf) utilizada, por diferencia de masas en la balanza.
3. Colocamos el termómetro en el agua del calorímetro, esperamos unos
segundos a que la lectura del termómetro sea constante y medimos la
temperatura de ambos
4. Vertimos agua (de masa conocida) en el recipiente de la cocina eléctrica
Encendemos la cocina y calentamos la masa de agua conocida (mac), cuando
este a una temperatura de 45 ºC u otra indicada por el profesor mida la
temperatura del agua caliente (Ti-af).
5. Vertimos el agua caliente en el calorímetro que contiene el agua fría y mida la
temperatura de equilibrio (Tequi), para ello, agitamos el agua y esperamos unos
segundos a que la lectura del termómetro sea constante.
6. Usaremos la ecuación (7) para determinar el calor específico del calorímetro.
7. Registre todos sus datos en la Tabla Nº 1.
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Calor Específico del Calorímetro:
ma → masa del agua a temperatura ambiente (20 °C)
Ta → temperatura ambiente (20 °C)
Ca → calor especifico (H2O)
m * → masa del agua (H2O) a ≈ 50 °C
T * → ≈ 50 °C
C * → calor especifico (H2O)
TX → ET final.
Principio de Conservación
de Energía.
QABSORBIDO = QCEDIDO
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CALOR GANADO + CALOR PERDIDO = 0
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Ca = C * = 1 CAL ; BTU ; Q . gr x °C lb °F mΔ°T
Ca → agua fríaC* → agua caliente
Calor Específico del Calorímetro:
Q1 = calor perdido por el agua caliente
Q1 = V1 x Cagua (T* – Tx) Cagua= Calor especifico del agua (1 Cal/gr °C)
Q1 = 162gr x 1 Cal/gr °C (63°C – 40°C)
Q1 = 3726 Cal.
Q2 = calor ganado por el agua en el calorímetro
Q2 = V2 x Cagua (Tx – TC) Cagua = Calor específico del agua (1Cal/gr °C)
Q2 = 145gr x 1 Cal/gr °C (40°C – 20°C)
Q2 = 2900 Cal.
Q3 = calor ganado por el calorímetro
Q3 = Q1 – Q2
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Q1 = Q2 + Q3
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Q3 = 3726
Cal - 2900 Cal
Q3 = 826 Cal.
mH2Ocalien x CH20 (T* –TX) = mH20fria x CH20 (Tx – Ta) + mCal x Ccal (Tx – Tc)
Ccal = 162gr x 1Cal/gr °C (63 °C – 40 °C) - 145 x 1 Cal/gr °C (40 °C – 20 °C) 319.5 x (40 °C – 20 °C)
Ccal = 0.129 Cal/gr °C
TABLA N° 1: Medidas Experimentales y tratamiento de datos para elCalorímetro
ESTADO INICIAL
ElementoMasa( g )
Temperatura( ºC )
Calorímetro 319.5 gr. 20°C
Agua Fría 145 gr. 20°C
Agua Caliente 162 gr. 63°C
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Q pierde H20 caliente = Q gana H20 + Q gana calorímetro
Cca = mH2Ocalien x CH20 (T* –TX) – mH20fria x CH20 (Tx – Ta) mCal x (Tx – Tc)
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ESTADO FINAL
Temperatura de Equilibrio Térmico 40° C
Calor especifico del Calorímetro 0.129 Cal/gr °C
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