Informe de laboratorio5_fisica

CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
CURSO : Fisica I (CB 302 U )
PROFESOR : San Bartolome Montero Jaime
INTEGRANTES :
Baldera Alvarado Jhair Enrique 20120112e
Lino Yupanqui Luis Hernan 20122046j
LopezZamudio Lizeth Kendy 20124050d
Gamarra Padilla Justo Isaac 20124060j
FECHA DE ENTREGA : 01-07-2013

Facultad de ingeniería industrial y de sistemas
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Informe de Laboratorio Nº5
CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS
1.- OBJETIVOS
 Determinar el calor específico de muestras sólidas.
 Determinar la capacidad calorífica del calorímetro en forma
experimental.
2.- FUNDAMENTO TEÓRICO
La Termodinámica es el campo de la física que describe y relaciona las
propiedades físicas de sistemas macroscópicos (conjunto de materia que
se puede aislar espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e
imperturbable) de materia y energía. El estado de un sistema
macroscópico en equilibrio puede describirse mediante variables
termodinámicas, propiedades medibles como la temperatura, la presión o
el volumen.
Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la
densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de
expansión térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa
de un sistema y de su relación con el entorno. Cuando un sistema
macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice que tiene
lugar un proceso termodinámico.
La Termoquímica es parte de la termodinámica química que trata
exclusivamente de la energía calorífica que acompaña a un proceso

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químico es decir estudia las leyes y fenómenos térmicos en las
combinaciones químicas.
CALORÍA
Es la cantidad de calor que debe entregarse o quitarse a un gramo de
agua para variarle su temperatura en un grado Celsius. Matemáticamente
podemos definirlo así.
Donde:
Q : calor
m : masa de la sustancia
ce : calor específico de la sustancia
Tf : Temperatura final
Ti : temperatura inicial
CAPACIDAD CALORÍFICA DE UNA SUSTANCIA
 if
c
TT
Q
C


Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de cualquier
sustancia en 1ºC ó 1K (J/K)
Matemáticamente para nuestro interés define así:
Cc : capacidad calorífica.
Q : calor
Tf : Temperatura final
Ti : temperatura inicial
Q = ce. m. (Tf - Ti)

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CALORÍMETRO
Es un recipiente que se usa para calcular calores específicos. Éste
recipiente está aislado convenientemente para evitar pérdida de calor.
• Primera ley de la termodinámica: Ley de la conservación de la
energía:
│Q ganado │ = │Q perdido│
Equivalente a: Q ganado + Q perdido = 0
Donde:
Q ganado es (+)
Q perdido es (-)
En general se da para más de una sustancia que pierden y ganan calor.
CALOR
Se designa con el nombre de calor (Q) a la energía en tránsito que fluye
desde una parte de un sistema a otra o de un sistema a otro, en virtud
únicamente de una diferencia de temperatura. Por convención se
considera que Q es positivo cuando es absorbido por el sistema y
negativo en caso contrario. El calor Q no es función de las variables
termodinámicas sino que depende de la trayectoria. Es decir que el calor
intercambiado en un proceso infinitesimal es un diferencial inexacto.
Cuando un sistema absorbe (o cede) una determinada cantidad de calor
puede ocurrir que:
a) Experimente un cambio en su temperatura.
b) Experimente un cambio de fase a temperatura constante.

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 Caso en que el intercambio de calor ocasiona cambio de
temperatura
Si durante la absorción de Q unidades de calor, un sistema experimenta
un cambio de temperatura de ti a tf , se define como capacidad calorífica
media del sistema a la razón :
Si tanto Q como tf - ti se hacen cada vez menores, esta razón tiende
hacia la capacidad calorífica instantánea o, simplemente, capacidad
calorífica:
Se denomina capacidad calorífica específica o calor específico de un
sistema a su capacidad calorífica por unidad de masa o mol y se la
designa con c, de modo que C = m c.
El calor específico de una sustancia puede ser negativo, positivo, nulo o
infinito, dependiendo del proceso que experimente el sistema durante la
transferencia de calor. Sólo tiene un valor definido para un proceso
determinado. Por lo tanto, la capacidad calorífica de un sistema depende
tanto de la naturaleza del sistema, como del proceso particular que el
sistema experimenta.
La capacidad calorífica en un proceso durante el cual el sistema se
somete a una presión hidrostática externa constante, se denomina
capacidad calorífica a presión constante y se representa por Cp. El valor
de Cp para un sistema determinado depende de la presión y de la
temperatura. Si el sistema se mantiene a volumen constante mientras se

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le suministra calor, la capacidad calorífica correspondiente se denomina
capacidad calorífica a volumen constante y se representa por Cv. Debido
a las grandes tensiones que se producen cuando se calienta un sólido o
un líquido al que se le impide su expansión, las determinaciones
experimentales de Cv en sólidos y líquidos son difíciles y por ello se mide
generalmente la magnitud Cp.
La cantidad total que fluye en un sistema en cualquier proceso viene dado
por:
Dentro de un intervalo de temperaturas en el cual C puede considerarse
constante:
Cuanto mayor es la capacidad calorífica del sistema, menor es la
variación de temperatura para un flujo determinado y, en realidad,
haciendo la capacidad calorífica lo suficientemente grande, la variación de
temperatura puede hacerse tan pequeña como se desee. Un sistema
cuya capacidad calorífica es muy grande se denomina fuente térmica y
se caracteriza por el hecho de que se le puede entregar o quitar cualquier
cantidad de calor sin que se produzca en él una variación de temperatura
apreciable. Una forma de obtener una fuente térmica es tomar una gran
masa de sustancia (por ejemplo, el mar o un río pueden considerarse
como tal).
 Caso en que el intercambio de calor ocasiona un cambio de
fase sin cambio de temperatura
Se han considerado anteriormente los cambios de fase correspondientes
a sustancias puras; pero no se ha hecho hasta el momento, ninguna
referencia al trabajo o calor que acompañan a dichos procesos.

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Considérese un tramo de la curva pV de un proceso isotérmico en la
región sólido-líquido, en la líquido-vapor o en la sólido-vapor. Si se
entrega calor al sistema, esta energía se utilizará en el cambio de fase,
sin que el sistema experimente un cambio de temperatura. La razón entre
el calor absorbido Q y la masa m del sistema que experimenta el cambio
de fase se denomina calor latente de transformación l�. Es decir que:
CALOR ESPECÍFICO
El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica
específica de una sustancia es una magnitud física que indica la
capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de
calor. Matemáticamente el calor específico es la razón entre la capacidad
calorífica de un objeto y su masa.
El calor específico se define de la siguiente forma:
Donde es el calor que se entra o sale de la sustancia, es la masa
(se usa una n cuando la medición es molar), es el calor específico de la
sustancia, y es el incremento de temperatura.
3.- EQUIPOS Y MATERIALES
 Un calorímetro de mezclas: El calorímetro es un instrumento que
sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por
los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un
cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o
absorben los cuerpos.

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 Un termómetro.
 Un mechero a gas.
 Una olla para calentar agua.
 Un soporte universal.

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 Un matraz de 200 ó 250 ml./ una probeta
 Una balanza.
 3 piezas de materias sólido.
Aluminio Plomo Hierro
 Agua.

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 4.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Determinar la capacidad calorífica (o equivalente en agua) del
calorímetro
- Coloque dentro del calorímetro una cantidad
de agua a temperatura menor que la
temperatura del ambiente
- Deje que se establezca el equilibrio y mida la
temperatura en este instante (T1)
- Caliente el agua en la olla a una temperatura (T2) y coloque una
cantidad de esta agua en el calorímetro
- Mida nuevamente la temperatura de equilibrio T
2. Calor específico de los sólidos
- Coloque una cantidad de agua en el calorímetro y deje que se
establezca el equilibrio. Mida la temperatura (T1)
- Sumergiendo en agua caliente, eleve la temperatura del sólido
hasta una temperatura T2
- Sumerja el cuerpo a temperatura T2 dentro del agua a temperatura
T1 y mida la temperatura de equilibrio T
5.- DATOS EXPERIMENTALES

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.
A) Para la determinación de la capacidad calorífica del calorímetro
B) Para el cálculo de los calores específicos de los sólidos.
6.- ANÁLISIS DE DATOS
A) Para el cálculo de los calores específicos de los sólidos.
Para el Hierro:
Cambio de temperatura del agua 7°K
Cambio de temperatura del calorímetro 7°K
Calor ganado por el agua 1.120Kcal
Calor ganado por el calorímetro 0.2485Kcal
Total de calor ganado 1.3685 Kcal
Calor perdido por el sólido 1.3685 Kcal
Masa del calorímetro (Kg) 0,446 Kg
Masa de agua (Kg) 0,160 Kg
Temperatura de Equilibrio (Ta) ºK 293 K
Masa de agua temperatura Tb 0,160 Kg
Temperatura de equilibrio T 320 K
Capacidad calorífica del calorímetro 35.5 cal
Solido de metal hierro Plomo alumino
Masa del sólido 0.1184Kg 0.0921Kg 0.0195Kg
Masa del calorímetro 0.446Kg 0.446Kg 0.446Kg
Masa del calorímetro con agua 0.606Kg 0.606Kg 0.606Kg
Masa de agua 0.160Kg 0.160Kg 0.160Kg
Calor especifico del calorímetro (J/Kg°K) 35.5 35.5 35.5
Temperatura inicial del solido (°K) 338 327 325
Temperatura inicial del agua (°K) 293 293 293
Temperatura inicial del calorímetro (°K) 293 293 293

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Cambio de temperatura del solido -38°K
Con los datos obtenidos, y aplicando la siguiente ecuación:
Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
maluminio(T2-Tm)
El calor específico del hierro es:
Ce 0.098 Kcal/Kg°k
 El error experimental es:
%8
1075.0
100*)0.0981075.0(
%100*
.)exp(





realvalor
ervalorrealvalor
error
Para el Plomo:
Calor perdido por el sólido 0.782Kcal
Cambio de temperatura del solido -26K
Ce =

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 Con los datos obtenidos, y aplicando la siguiente ecuación:
maluminio(T2-Tm)
 El calor específico del Plomo es:
%32
024.0
100*)0.051024.0(
%100*
.)exp(





realvalor
ervalorrealvalor
error
Para el Aluminio:
Calor perdido por el sólido 0.391 Kcal
Cambio de temperatura del solido -28°K
Ce 0.051kcal/kg°k
Ce =

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 Con los datos obtenidos, y aplicando la siguiente ecuación:
maluminio(T2-Tm)
 El calor específico del aluminio es:
%14.12
214.0
100*)0.188214.0(
%100*
.)exp(





realvalor
ervalorrealvalor
error
7. RECOMENDACIONES
- Se debe usar una rejilla de asbesto al momento de calentar el agua
para que el calor se distribuya uniformemente por toda la olla y no
calculemos una temperatura caliente de los sólidos errónea.
- Procurar que la llama del mechero no sea muy fuerte; además
debe mantenerse uniforme.
- Para medir la temperatura, previamente hay que agitar bien el agua
que contiene el recipiente.
Ce 0.188Kcal/Kg °k
Ce =

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- El calorímetro debe estar calorifugado (debe ser lo más
“adiabático” posible).
- Para determinar la capacidad calorífica del calorímetro hay que
medir primera el volumen de agua antes de calentarla y no al
revés.
7.- CONCLUSIONES
- El incremento de temperatura de los cuerpos cuando se calientan
es aproximadamente proporcional a la energía suministrada.
- Es demostrado que masas iguales de distinta naturaleza y a igual
temperatura, almacenan distinta cantidad de calor; para cuantificar
este fenómeno hay que hacer uso del concepto de calor específico.
- La temperatura final que se halla teóricamente varia un poco
respecto a la que se obtiene por medio del sensor de temperatura
(termómetro), pues en ocasiones la temperatura medida, varía un
poco.
- Demostramos que cuando se pone en contacto dos cuerpos a
distinta temperatura, se producirá una “pérdida de calor” del cuerpo
a mayor temperatura (o más caliente) y una “ganancia de calor” del
cuerpo a menor temperatura (o más frío); esto es lo que dice el
principio de conservación de la energía. Si los dos cuerpos tienen
la misma temperatura, no habrá pérdida ni ganancia de calor.

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 BIBLIOGRAFÍA
- SERWAY, BEICHNER." FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA."
Tomo II. Ed. Mc-Graw Hill, 5ta. Edición
- www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
- www.es.encarta.msn.com/encyclopedia_
761560839/Calorimetría.html
- www.uned.es/094258/contenido/
tecnicas/calorimetria/calorimetria.htm
- www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/ estadistica/otros/latente/latente.htm
- www.fis.puc.d/-jalfaro/fis1522/OndsyCalor/termo1/termo1/html

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