Cien Apli Laboratorio 05 TECSUP

8/18/2019 Cien Apli Laboratorio 05 TECSUP

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PRACTICA DE LABORATORIO N° 05

CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS

ALUMNOS: FREDY BERNA

DIEGO BARRAGANYEISON CARIJUNIOR CHAVEZ


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Ciencias Básicas Aplicadas TECSUP – P.F.R.

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PPR R Á ÁCCTTII CC A A DDEE LL A ABBOOR R A ATTOOR R II OO NNºº 0055

CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS

1. INTRODUCCION

La práctica de laboratorio consiste básicamente en tomar tres objetos metálicos introducidos en aguacon alta temperatura y someterlos a un contacto térmico con agua en temperatura ambiente yesperar a que alcanzaran una temperatura de equilibrio y mediante algunos cálculos poder obtener elcalor e specifico de estos cuerpos

2. OBJETIVOS

1) Determinar el calor específico de un cuerpo sólido por el método de lasmezclas.

2) Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datosexperimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta elsoftware Capstone T M.

3) Utilizar el software Capstone TM para verificación de parámetros estadísticosrespecto a la información registrada.

3. MATERIALES

- Computadora personal con programa PASCO CapstoneTM instalado- Interfase USB Link- Sensor de temperatura- Balanza- Calorímetro- Cuerpo metálicos (Cu, Fe, Al)- Vaso precipitados 250 ml- Pinza universal- Nuez doble (2)- Mordaza de mesa (1)- Varillas (1)- Fuente de calor- Agitador.

http://www.monografias.com/trabajos15/informe-laboratorio/informe-laboratorio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/medio-ambiente-venezuela/medio-ambiente-venezuela.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/medio-ambiente-venezuela/medio-ambiente-venezuela.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/informe-laboratorio/informe-laboratorio.shtml


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TECSUP – P.F.R. Ciencias Básicas Aplicadas

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4. FUNDAMENTO TEÓRICO

3.1. Calor específico.

El calor específico ( c) de una sustancia, es la cantidad de calor (medido

en calorías) requerido para que un gramo de dicha sustancia, eleve sutemperatura en 1 °C.

El calor ganado o perdido por un cuerpo es igual al producto de susmasas, su calor específico y el cambio de temperatura.

Q = m c (T f – Ti) (1)

El método más común usado en la determinación de cambios de calor esel método de las mezclas, basado en el principio de la conservación de laenergía, en el cual dos o más sistemas que tienen temperaturas diferentes sonpuestos en contacto, de tal forma que intercambien calor hasta que todos ellosadquieren la misma temperatura (temperatura de equilibrio). Como unresultado del intercambio, los cuerpos de más alta temperatura cederán calor alos cuerpos de temperatura mas baja, de manera que la cantidad de calorperdido por algunos cuerpos es igual a la cantidad de calor ganado por losotros.

Un cuerpo de masa M, cuyo calor especifico c se desea determinar escalentado hasta alcanzar una temperatura T y luego introducido rápidamente aun calorímetro de masa Mc, y cuyo calor especifico cc el cual contiene en suinterior una masa de agua M A, todos estos a una temperatura inicial Ti. Lamezcla alcanzara una temperatura intermedia de equilibrio TEq.

Aplicando el principio de conservación de la energía tendremos que elcalor perdido por el cuerpo debe ser igual al calor absorbido por el agua, elcalorímetro y el termómetro.

Esto es:

M c (T – TEq) = M A c A (TEq – Ti) + C (T Eq – T i) (2)C UERPO A GUA C ALORIMETRO

De donde:

A A Eq i

Eq

M c C T T c

M T T

(3)

Que nos determina el calor específico c del cuerpo. Este es elfundamento del método de las mezclas. Es necesario observar que este métodosolo conduce a la determinación del calor específico promedio en un intervalode temperaturas un poco amplio.

El calorímetro que usaremos esta cubierto de una envoltura de materialtérmicamente aislante para minimizar tanto la perdida como la absorción de


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calor, pero no elimina este factor completamente ya que es prácticamenteimposible aislar cualquier sistema del medio que lo rodea y eliminar unintercambio de calor.

El equivalente en agua es un término frecuentemente en calorimetría.Es la masa de agua que requiere la misma cantidad de calor para aumentar sutemperatura en un grado como el que se requiere para aumentar latemperatura del cuerpo en un grado. El equivalente del agua es el producto dela masa de un cuerpo y la capacidad térmica del material del cuerpo.

5. PROCEDIMIENTO

4.1 Experiencia del calor especifico de sólidos.

Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el iconotabla y gráfica y seguidamente reconocerá el sensor de temperaturapreviamente insertado a la interfase USB Link.

Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemosdoble clic sobre el icono CONFIGURACION y lo configuramos para queregistre un periodo de muestreo de 10 Hz en ºC.

Luego presione el icono del SENSOR DE TEMPERATURAluegoseleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, segúndatos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 ºC a135 ºC con un paso de 0.01 ºC.

Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el iconosensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luegohacemos el montaje de la figura 4.1.


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Sensor detemperatura

Varilla

Nuez doble

Base

Cuerpo

Figura. 4.1. Primer montaje.

Inicie la toma de datos introduciendo 200 ml de agua en el calorímetro yoprimiendo el botón inicio en la barra de configuración principal de PASCOCapstoneTM. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinarla temperatura inicial Ti del sistema calorímetro, agitador y agua.

Al momento de medir la masa de agua que introducirá en el matrazcuide de no mojar la balanza.

Coloque en el vaso precipitado 200 ml de agua, conjuntamente con elcuerpo y usando el mechero caliéntelo hasta que el agua hierva, de esta formala temperatura T del cuerpo será la misma que la del agua hirviendo (100 °Caproximadamente).

Oprima el botón inicio en la barra de configuración principal de

CapstoneT M

Rápida y cuidadosamente introduce el cuerpo dentro del

calorímetro, agite el agua con el fin de crear corrientes de convección y distribuir el aumento de temperatura a todo el recipiente.

Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar latemperatura más alta registrada. Esta será la temperatura de equilibrio TEq.

Repita el proceso hasta completar 2 mediciones, con 3 cuerposmetálicos diferentes y llene las tablas 4.1 y 4.2.

Datos teóricos útiles


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c A l = 0.2250 cal/gr ºC Aluminio c C u = 0.0931 cal/gr ºC CobrecF e = 0.1146 cal/gr ºC Hierro c Pb = 0.0320 cal/gr ºC PlomocC b = 0.0577 cal/gr ºC Estaño c Zn = 0.0925 cal/gr ºC Zincc A C E = 0,106 cal/gr ºC Acero

TABLA 4.1.Calor específico de Hierro

Clase de metal usadoHierro, Fe

Calor especificoteórico

(Cal/g°C)

0.1146

Medición 1 2

Capacidad calorífica delcalorímetro C

20.00 20.00

Masa del cuerpo metálicoM

60.07 60.70

Masa de agua 200.70 200.7

Temperatura inicial delsistema Ti

19.83 22.38

Temperatura inicial delcuerpo caliente T

92.41 92.37

Temperatura de equilibrioTEq

20.35 24.40

Calor especificoexperimental

0.0264 0.1088

Error porcentualexp(%) 100%bibliografico erimental

bibliografico

V V E

V

76.96% 5.06%

Procedimiento:


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Calor Específico:

Comparación porcentual:


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Calor Específico:

Comparación Porcentual:


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TABLA 4.3. Calor específico de Aluminio

Clase de metal usado Aluminio, Al


(Cal/g°C)0.2250

Medición 1 2Capacidad calorífica delcalorímetro (C cal/°C)

20 20

Masa del cuerpo metálicoM (g)

60.08 60.08

Masa de agua(g)

200.3 200.3

Temperatura inicial delsistema Ti (°C)

20.32 20.38

Temperatura inicial delcuerpo caliente T (°C)

92.41 92.41

Temperatura de equilibrioTEq (°C)

24.30 24.33

Calor especificoexperimental (Cal/g°C)

0.2142 0.2127


bibliografico

V V E

V

4.80 5.46

Procedimiento:


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6. CUESTIONARIO

5. 1 Sobre la Experiencia del calor especifico de sólidos.

5.1.1 ¿Podrías determinar el calor específico de las muestras usadas en esteexperimento enfriando el metal a la temperatura del hielo en vez decalentarlo como se hizo en la experiencia? Explica.

No debido ya que e calor específico es la cantidad de calor que se necesita para elevar el grado detemperatura de un determinado cuerpo, si se enfría dicho cuerpo a cero grados centígrados notendríamos calor.

5.1.2 ¿Podrías determinar el calor específico de una sustancia desconocida sinnecesidad de hacer uso de una sustancia de referencia como el agua?Explica.

Sí, siempre y cuando sabiendo su masa, su diferencia de temperatura y el calor que posee lasustancia.

5.1.3 Si se triplicara el espesor de las paredes del calorímetro ¿Variaría elintercambio de calor?, explique su respuesta.

Si porque el espacio del calorímetro seria el triple de lo que era y habría menostransferencia de calor del exterior para que pueda entrar calor o pueda salir se puededecir que a mayor espacio de las paredes del calorímetro el sistema se vuelve máshermético.

5.1.4 ¿Qué viene a ser la energía calorífica absorbida por una sustancia cuandola temperatura es incrementada?

El aumento de la energía interna, ya que al aumentar la temperatura de un sistema, aumentan suenergía interna reflejada en el aumento del calor del sistema.

5.1.5 ¿Cuánto es el equivalente en agua del calorímetro?


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Clase de metal usado Aluminio, Al


(Cal/g°C)1

Medición 1

Capacidad calorífica del

calorímetro (C cal/°C)

20

Masa del agua en elcalorímetro (g)

100

Masa de agua(g)

100

Temperatura inicial delsistema Ti (°C)

22.5

Temperatura inicial delcuerpo caliente T (°C)

92.26

Temperatura de equilibrioTEq (°C)

48.79

Calor especificoexperimental (Cal/g°C)

0.7257


bibliografico

V V E

V

27.43

5.1.6 ¿Qué evidencia dan los resultados de esta experiencia para justificar que elagua tiene un calor específico más alto que los materiales considerados?

La evidencia son los resultados obtenidos del calor especifico en las tablas 1, 2, 3 y 4; donde sedemuestran que sus calores son menores a uno, por lo tanto el agua cuyo calor especifico seaproxima a “1” es el mas alto.

5.1.7 Si la temperatura del rollo de cobre hubiera sido 800 ºC ¿Cuál hubiera sidola temperatura de equilibrio de la mezcla?

La temperatura de equilibrio de la mezcla seria:

5.1.8 ¿Qué porcentaje de error has introducido al despreciar el equivalente enagua del termómetro?. El calor específico hallado tendría un valor mayor omenor al considerar el calor absorbido por el termómetro. Demuestra turespuesta.

Error porcentual de cobre es de 5.06 %Error porcentual del hierro es de 4.67 %Error porcentual del aluminio es de 4.80%

Estos resultados se encontraron en 2 muestras de cada material y se pusieron el errorporcentual más bajo que se encontró en cada material.


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5 PROBLEMAS

6.1 A) Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100gde cobre desde 10 o C a 100 o C. B) suponiendo que a 100g de aluminio a

10o

C se le suministra la cantidad de calor del apartado A, deducir quecuerpo, cobre o aluminio estará más caliente.

Cobrem = 100gC e = 0,09 cal/g°C

Aluminiom = 100gC e = 0,22 cal/g°C

6.2 En una fiesta, un trozo de hielo de 0.50 kg a -10 o C se pone en 3 kg de te a20o C ¿A qué temperatura y en qué fase estará la mezcla final?. Considereel te como agua

Q1 + Q 2 = Q 3


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7 APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD (Se presenta dos aplicaciones del temarealizado , aplicados a su especialidad).

Una de las principales aplicaciones del calor especifico averiguar que escierto material, midiendo su calor especifico de esta manera podríamos

ver sus propiedades a altas temperaturas y ver su comportamiento ensu conductividad.

Otra aplicación importante es el diseño de materiales como reléstérmicos o contactares termomagneticos.

8 OBSERVACIONES

En la toma de datos con el sensor de movimiento debemos asegurarnos debajarlo a la misma velocidad.

Nos dimos cuenta del factor que podría incidir en nuestra práctica, como latoma de datos de la temperatura, la cual había que hacerla rápidamente, afin de obtener buenos resultados

9 CONCLUSIONES

Las conclusiones que nos dejó esta práctica fueron: la obtención de unporcentaje de error aceptable, para el calor específico del Hierro (Fe),Latón y Aluminio lo cual denota una buena realización del experimento.

10 BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)

(Serway, SEXTA EDICION) (ZEMANSKY, DECIMA EDICION)(MOSCA, QUINTA EDICCION)

11 ANEXOS


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