Universidad pedaggica y tecnolgica de Colombia.Facultad de Ingeniera.Escuela de ingeniera electrnica.Laboratorio1. Calor especifico de un slido.

Integrante.Luis Fernando Riveros Lozano.

RESUMEN: El objetivo central de este laboratorio es observar ciertos aspectos de la termodinmica. Primero se le aplica cierta temperatura a unas muestras de agua y se miden sus masas cuando esta est en una temperatura ambiente y cuando se le aplica una temperatura de 50 Celsius, posteriormente con la ayuda de frmulas y clculos matemticos se llega a una respuesta. El siguiente paso consiste en tomar muestras de algunos metales y sumergirlas en agua mientras esta est en su punto de ebullicin (100 Celsius), y despus se debe introducirlos en ciertas cantidades de agua y tomar medidas para determinar el calor especifico.OBJETIVOS: Comprobar experimentalmente la ley cero de la termodinmica. Determinar el calor especfico de algunos materiales slidos.MARCO TERICO.La calorimetra es la ciencia de medir el calor de las reacciones qumicas o de los cambios fsicos. El instrumento utilizado en calorimetra se denomina calormetro. La palabra calorimetra deriva del latino "calor". El cientfico escocs Joseph Black fue el primero en reconocer la distincin entre calor y temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetra.Fue mediante calorimetra que Joule calcul el equivalente mecnico del calor demostrando con sus experiencias que 4.18 J de cualquier tipo de energa equivalen a1 calora.La calorimetra indirecta calcula el calor que producen los organismos vivos mediante su produccin de dixido de carbono y de los residuos de nitrgeno (frecuentemente amonaco en organismos acuticos o, tambin, urea en los terrestres). Antoine de Lavoisier indic en 1780 que la produccin de calor puede ser calculada por el consumo de oxgeno de los animales. Naturalmente, el calor generado por los organismos vivos tambin puede ser medido por calorimetra directa, en la cual el organismo entero es colocado en el interior del calormetro para hacer las mediciones.La unidad de medida de transferencia del calor es la calora. Una variacin en la temperatura de una sustancia es proporcional a la cantidad de calor Q que se agrega o extrae de esta, as:

Donde C es la constante calorfica de la sustancia. A su vez la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura es proporcional a la masa del mismo, por ende, el calor especfico es . As el calor y la temperatura en una sustancia se ven de esta manera:

El calor especifico de un material se puede tomar experimentalmente, realizando mezclas, donde van sustancias a varias temperaturas y se ponen en contacto hasta que todas alcanzan una temperatura de equilibrio. Cuando el sistema est aislado y empleando la conservacin de energa la cantidad de calor que pierden sustancias calientes es igual a la cantidad que ganan las sustancias fras.

MATERIALES: 1 calormetro. Muestras de aluminio, cobre y tungsteno. 1 termmetro de mercurio. 1 vaso de precipitado de 250 ml. 1 calentador elctrico. 1 guante trmico. 1 balanza.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.(PRIMERA PARTE).En la primera parte del experimento, se pes el vaso de precipitado en la balanza lo cual dio un peso neto de , el cual estaba ensamblado en poliestireno expandido (icopor). Despus tomamos una cantidad de agua equivalente a 20 ml de agua, tomamos su temperatura y lo pusimos en la balanza para determinar su peso y este paso lo repetimos 5 veces. Y se obtuvo:

Cantidad de Agua.(ml)Peso (Kg)

200.0228

400.0385

600.0576

800.0759

1000.0908

Tabla 1: Mediciones del agua a 20 Celsius. (Para elaborar la tabla se debieron restar los 0.0138 Kg).

Al repetir el mismo procedimiento pero con agua levemente caliente se obtuvo:Cantidad de Agua.(ml)Peso (Kg)

200.0124

400.0325

600.0512

800.0698

1000.0845

Tabla 2: Mediciones del agua a 50 Celsius. (Para elaborar la tabla se debieron restar los 0.0138 Kg).Cantidad de Agua.(ml)Temperatura de equilibrio (Celsius)

200.0228

400.0385

600.0576

800.0759

1000.0908

Ahora al tomar estas medidas debamos ir tomando la temperatura experimental de equilibrio, se deba tomar la mitad de agua a 20 Celsius y la otra a 50 y determinar el equilibrio.Cantidad de Agua a 20 Celsius.(ml)Cantidad de Agua a 50 Celsius.(ml)Calor equivalente(Celsius) Peso (Kg)

1010280.0157

2020290.0354

3030310.0535

4040300.0729

5050320.0963

Tabla 3: Mediciones del agua a con la combinacin de 50 y 20 Celsius. (Para elaborar la tabla se debieron restar los 0.0138 Kg).

Ahora debemos mirar en la frmula de conservacin de la energa el calor especfico para el calormetro.

Mc=Masa de agua. Cc= constante de calor. Tf=Temperatura de equilibrio. T1=Agua a 20 Celsius.Para ello es necesario despejar la ecuacin.

Cantidad de Agua.(ml)Cc (Calora)

20-0.35

40-0.23

60-0.19

80-0.13

100-0.132

Tabla 4: Mediciones del calormetro al aplicar la frmula para determinar la constante calrica (como el signo es negativo, se asume que es las caloras que el calormetro absorbe del experimento).

Hecho esto debemos mirar la constante en el agua, segn las medidas tomadas lo cual conlleva el despeje de la siguiente ecuacin:

M=Masa de agua. C= constante de calor. Tf=Temperatura de equilibrio. T1=Agua a 20 Celsius. T2=Agua a 50 Celsius.

Cantidad de Agua.(ml)Cc (Calora)

201.91

400.84

600.56

800.41

1000.31

Tabla 5: Mediciones del agua al aplicar la frmula para determinar la constante calrica (como el signo es positivo, se asume que es la conservacin de la energa).(SEGUNDA PARTE).La segunda parte del experimento constaba en la evaluacin de este mismo principio de la temperatura pero enfocado a tres clases de metales (cobre, aluminio y un especie de acero). Lo que consista era tomar unas muestras de cada metal y sumergirlo en agua mientras esta, estaba punto de ebullicin y dejarlas ah por un rato, luego introducir dicha muestra en cierta cantidad de agua fra y examinar cuanto calor aportaba al agua, con el termmetro de lo cual se traz:Cantidad de Agua.(ml)MasaDel material(Kg)TemperaturaInicial(Celsius)TemperaturaFinal (Celsius)

500.00231923

Tabla 6: Mediciones del material acero a en agua ebullendo. Cantidad de Agua.(ml)MasaDel material(Kg)TemperaturaInicial(Celsius)TemperaturaFinal (Celsius)

600.00061921

Tabla 7: Mediciones del material aluminio a en agua ebullendo

Cantidad de Agua.(ml)MasaDel material(Kg)TemperaturaInicial(Celsius)TemperaturaFinal (Celsius)

600.00081920.5

Tabla 7: Mediciones del material cobre a en agua ebullendo.Ahora teniendo estos valores es necesario analizar con la ecuacin de la conservacin de la energa, el calor especifico de los materiales.

M1=medicin a 20 Celsius. M=medicin del material. C=constante calrica. =diferencia entre la temperatura de equilibrio y temperatura de 20 o 50 Celsius.Al analizar obtuvimos para el cobre:

-18.6-33.2

Al analizar para el acero se obtuvo:

-19.0-27.36

Al analizar para el aluminio:

-18.9-29.32

ANALISIS DE RESULTADOS.1. Durante el desarrollo del experimento donde esta presente el principio cero de la termodinmica.El principio cero de la termodinmica se encuentra presente cuando al introducir los pedazos de esos metales ellos le transfieren parte de su temperatura al agua para llegar a un equilibrio calrico, por ende ac se cumple este principio. 2. Otras posibles fuentes de perdida de calor pueden ser la temperatura ambiente en ese instante, ya que al estar aproximadamente a 2600 metros sobre el nivel del mar, la temperatura est en un promedio de 14 a 18 Celsius. Tambin al ser un experimento realizado por seres humanos, puede generar ciertos errores que pueden marcar la diferencia, el movimiento al manejar el calormetro.

3. CONCLUSIONES. Se determinaron ciertas propiedades del calor, para algunas muestras de agua a temperaturas de 50 y 20 Celsius. Se determinaron las constantes calricas para las muestras del agua. Se encontraron las temperaturas de equilibrio en los experimentos realizados.REFERENCIAS.Fsica para ciencias e ingeniera. Serway Raymond A. and Jewett John W. Jr: Volumen2. Sptima edicion. Capitulos 19-20.Fisica universitaria Sears, Zemansky, Young and freedman. Undcima Edicin, Volumen I. Capitulo 17.http://cbi.izt.uam.mx/iq/Instruction manual and experiment guide 012-03060f. Basic Calorimetry set TD-8557A. PASCO.