DETERMINACION DE CALORES ESPECIFICOS

Laboratorio de fsica IIDETERMINACION DE CALORES ESPECIFICOS

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CALORES ESPECFICOS

I. OBJETIVOS:

Determinacin del equivalente en agua del calormetro de aluminio

Determinar el calor especfico de objetos slidos.

II. MARCO TEORICO:

La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es directamente proporcional a la variacin de la temperatura T:

Tambin, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa m:

El calor especifico (c ) de un cuerpo se define como:

Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el medio que lo rodea, mientras que dT es el elemento de variacin de temperatura que experimentan los cuerpos.

La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se utilizara el mtodo de mezclas y el proceso de medida se realizara a presin constante.

Determinacin del equivalente en agua del calormetro (K)Sea una porcin de agua de masa ma dentro de un calormetro de masa mcal ambos a una temperatura Ta. Sobre este conjunto se vierte agua de masa mb que inicialmente se encuentra a temperatura Tb>Ta. Considerando Ca el calor especifico del agua, ccal: calor especifico del calormetro se deja que se equilibre el proceso de la mezcla a una temperatura llamada equilibrio Te.

Considerando:

Determinacin del calor especifico de un metalPara determinar el calor especifico de un metal se usa una porcin de agua de masa ma dentro de un calormetro con equivalente en agua K ambos a una temperatura Ta. Sobre este sistema se sumerge dentro del agua un metal de masa mmetal que inicialmente se encuentra Tb>Ta. Considerando ca el calor especifico del agua cmetal el calor especfico del metal se deja que se equilibre el proceso de la mezcla a una temperatura llamada de equilibrio Te. Luego en el balance se tiene:

Despejando se obtiene:

Conociendo el calor especifico del agua y el equivalente en agua del calormetro, el calor especifico del cuerpo queda automticamente determinado.

III. PROCEDIMIENTO:

Determinacin del equivalente en agua del calormetro:

1. Dentro del calormetro, vierta 120 ml de agua (ma) y mida la temperatura inicial del sistema Ta.

2. En vaso de prex vierta 100 ml de agua (mb) y proceda a calentar hasta que hierva a una temperatura Tb.

3. Vierta esta agua caliente dentro del calormetro y espere 1 minuto para que llegue a equilibrarse el sistema.

4. Con un termmetro mida la temperatura del sistema en equilibrio Te.

5. determine las masas ma y mb del agua que se usan en este proceso y complete la Tabla 1.ma150 0.05

ca

Ta20C

mb100g 0.05

Tb71C

Te36C

6. Usando la relacin 4 determine el equivalente en agua del calormetro y anote su valor.

Determinacin del calor especifico de un metal:

Para esta experiencia es necesario emplear los siguientes equipos ymateriales: un mechero de Bunsen (para elevar la temperatura de lamuestra a analizar), un soporte universal y un clamp (para sostener el cuerpo sumergido en agua), un calormetro demezclas (donde mezclamos elagua y la muestra), una probeta (para medir el volumen de aguaa utilizar), una balanza (para determinar la masa del calormetro de lasmuestras), un termmetro (para medir la temperatura del agua yde la muestra y la temperatura de equilibrio), un vaso deprecipitado (donde calentamos la muestra).Se determina la masa del calormetro y de las muestras.

mcal: 46.7gm1:48.2g (cobre)m2:27.0g (aluminio)m3:39.9g (plomo)

Se toma la temperatura del calormetro que contieneagua y de la muestra (staestando sumergida en agua hirviendo), luego se introduce la muestraen el calormetro, establecindose el equilibrio.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIN:

En este punto del informe se mostrar latabla con los valores de latemperatura para cada muestra y para el agua, y las masas de cada muestra y se usa la ecuacin (4) para determinar el calor especfico para cada muestra, y se sabe que Se calcula el calor especfico para cada muestra:

Para la muestra 1 (cobre):

Para la muestra 2 (aluminio):

Para la muestra 3 (plomo):

Muestra de cobreMuestra de aluminioMuestro de plomo

22.50.0523.10.0523.00.05

1000.05100.10.05100.20.05

24.80.0525.90.0523.70.05

48.20.0527.320.0543.00.05

1500.051500.051500.05

0.10080.22260.0341

Luego de obtener el valor del calorespecfico para cada muestra, se comparan estosvalores con los valores tericos en las tablas de manuales de Fsica, y se halla el error porcentual para cada muestra.

Para el cobre:

Para el aluminio:

Para el plomo:

V. EVALUACION:

1. Defina el calor especfico de un material, cul es la diferencia con capacidad calorfica.

Elcalor especficoes unamagnitud fsicaque se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia osistema termodinmicopara elevar su temperatura en una unidad. En general, el valor del calor especfico depende del valor de la temperatura inicial.12Se le representa con la letra(minscula).De forma anloga, se define lacapacidad calorficacomo la cantidad decalorque hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra(mayscula).

Por lo tanto, el calor especfico es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto esdondees la masa de la sustancia.

2. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento.

Al momento de mezclar lamuestra (cilindro) en el agua caliente sintocar el fondo del vaso, por ello no se obtuvo un calentamiento homogneo.

No se sumergi completamente la muestra (cilindro) en el agua sin tocarel fondo del recipiente, lo que ocasiono un calentamiento desproporcionado.

Demora al retirar el cilindro delagua hirviendo para luego introducirlo en el calormetro, lo que ocasion una variacin de su temperatura al contactocon la temperatura ambiental.

3. Qu es un calormetro? Y explique su uso.

Es un recipiente trmicamente aislante (sistema adiabtico) que encuentra aplicacin para determinar experimentalmente calor especfico desconocido. Existe un agujero donde se introduce un termmetro que indica la temperatura antes dela mezcla y despus dehacerla, en el equilibrio trmico

4. Investigue cuantos tipos de calormetros hay en el mercado y cul es el uso de cada uno de ellos. Existen diversos tipos de calormetros:

a) DRY LOAD CALORIMETER:

En comparacin con los instrumentos posteriores la precisin era muy modesta con una incertidumbre de 2% para la versin coaxial y unoa 2.5% para las versiones degua de ondas. No obstante, estos diseos establecieron la direccin general para lossiguientes instrumentos. Nueva precisin en cargas y conectores desarrollados en losaos 60 llevaron a una nueva generacin de calormetros coaxiales con mejor performance e incertidumbres debajo de 0.5%para frecuencias arriba de los 8 GHz.Los calormetros operan a niveles de potencia entre 100 mwy 10 w respectivamente.

COMPONENTES ESENCIALES (DRY LOAD TYPE)

La carga donde la potencia esdisipada. Lnea de transmisin aislada isotrmicamente la cual conecta laentrada a la carga. Un sensor de temperatura

FUNCIONAMIENTO BSICO:

Muchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en elcual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre lastemperaturas de las 2 cargas. En teora los efectos delas fluctuaciones de la temperatura externa se cancelandebido a la simetra, sin embargo si los alrededores no tienenuna temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error. El elemento de absorcin de lacarga es usualmente un thin film resistor, aunque dielctricos de bajas prdidas son usados para lasversiones de guas de ondas. Elsensor de temperatura es montado en el lado deafuera de la carga enuna posicin donde no es influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo esta una delas caractersticas distintivas de un calormetro y es esencial para su altaprecisin.

b) EL MICROCALORMETRO:

Es el tipo de calormetro ms usado. Estrictamente hablando, no es un medidor depotencia pero es un instrumento para determinar la eficiencia efectiva de un montaje bolomtrico. Fue originalmente inventado para la calibracin de metal wire bolometers, pero termistores y pelculas bolo mtricas tambin pueden ser calibrados por este mtodo.

FUNCIONAMIENTO:Antes de comenzar la medicin, elmontaje bolo mtrico es insertado dentro del calormetro, donde acta como la carga, cuando la medicin es completada el bolmetro esremovido y entonces puede ser usado como una referencia calibrada.

c) CALORMETRO DE FLUJO

La potencia es medida a travsdel calor de un fluidoque fluye a travs de lacarga. Una indicacin dela potencia es dadapor la subida en la temperatura del fluido pasando delorificio de entrada al de salida.

CARACTERISTICAS:Las versiones de guas de ondasutilizan como fluido de trabajo agua. Mientras que elcoaxial utiliza aceite y es construido para bajasfrecuencias. Aire tambin puede ser usado, pero el uso degases crea un problema adicional a causa delcalor debido a la compresibilidad. Los calormetros de flujo pueden manejar mayores potencias que lostipos estticos. Su principal aplicacin es para potencias de muchos watts. Para medir lassubidas de temperatura en un calormetro usualmente se emplean termopilas, termmetros de resistencia y algunas veces termistores.

d) CALORMETRO DE CAMBIO DE ESTADO:Este tipo de calormetro no es muy usado. El calor a ser medido funde una cantidad de slido o hierve una cantidad de lquido. Elmedio est en equilibrio trmico y por eso todoel calor entrante es usado para producir el cambio de estado

VI. CONCLUSIONES:

De la experiencia realizada se concluye queel calor especfico de un cuerpo seexpresa la cantidad de calor que debeabsorber un gramo del cuerpo para variar su temperatura en un grado Celsius.

Adems se concluye que si un cuerpo pierde olibera calor existe otro cuerpo que absorbe ogana esa cantidad de calor, a lo que se denomina balance de energa.

Se concluye tambin que el calormetro es un instrumento muy til para determinar calores especficos desconocidos de determinados cuerpos.

Tambin se concluye que para cuerpos con mayor calor especfico requieren mscalor para calentarlos y los de menor calor especfico menor calor.

VII. RECOMENDACIONES:

Se recomienda al momento de mezclar lamuestra (cilindro) en el agua caliente sintocar el fondo del vaso, para as obtener un calentamiento homogneo.

Tambin se recomienda sumergir completamente la muestra (cilindro) en el agua sin tocarel fondo del recipiente, para evitar un calentamiento desproporcionado.

Adems se recomienda al retirar el cilindro delagua hirviendo introducirlo rpidamente en el calormetro, para evitar una variacin de su temperatura al contactocon la temperatura ambiental.