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Calor Especifico

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ERICK CONDE
                                                    PARALELO 4



OBJETIVOS

Determinar el calor específico de un cuerpo desconocido
mediante el método de las mezclas.


RESUMEN

La práctica a realizar consiste en tomar una muestra sólida
desconocida e introducirlo dentro de un receptor metàlico con
alta temperatura y someterlo a un contacto térmico con agua en
temperatura ambiente en el interior de un calorímetro y esperar
a que alcance una temperatura de equilibrio y mediante los
respectivos cálculos poder obtener el calor especifico de este
cuerpo.


INTRODUCCION

Cuando dos o más cuerpos que tienen distintas temperaturas se
ponen en contacto térmico se observa que, al cabo de cierto
tiempo, todos ellos tienen la misma temperatura.

Uno de los métodos para determinar el calor específico de un
cuerpo, es el método de las mezclas. Para ello pondremos dos
cuerpos A y B en contacto térmico en el interior de un
calorímetro aislado térmicamente del medio exterior.




                      Cuerpo A   Cuerpo B
ERICK CONDE
                                                                         PARALELO 4


Al no existir, o ser muy pequeño el intercambio de calor con el
medio exterior a través de las paredes del calorímetro, la
cantidad de calor cedida por el cuerpo más caliente será igual a
la absorbida por el cuerpo de menor temperatura.

La ecuación correspondiente será:

                Q1 + Q2 = 0                     Q1 = - Q2         (1)

En donde se han tenido en cuenta el signo de las cantidades de
calor, positivas cuando son absorbidas y negativas cuando son
cedidas por un cuerpo.

Cuando se ponen en contacto térmico varios cuerpos y solo puede
intercambiar calor entre ellos y no con el medio exterior, la
ecuación correspondiente seria:

                  N = n º de cuerpos

                        ∑i =1
                                   Qi = Q1 + Q2 + ......... + Qn = 0



Volviendo al caso de los dos cuerpos A y B, de masas MA y MB,
de calores específicos CeA y CeB, y temperaturas iniciales TiA y
TiB, al mezclarse alcanzarán una temperatura final Tf común
para ambos cuerpos.

Teniendo en cuenta que la cantidad de calor absorbida o cedida
por un cuerpo viene dada por

                   Q = m.Ce. ( Tfinal - Tinicial)

La ecuación de condición de equilibrio (1) se podrá expresar como

          MA CeA ( Tf - TiA ) + MB CeB ( Tf -TiB ) = 0
ERICK CONDE
                                                      PARALELO 4


Una ecuación como esta nos sirve para determinar una incógnita.
Por ello se podrá determinar el calor especifico de un cuerpo
desconocido, siempre que conozcamos los demás parámetros,
pero si se tienen en cuenta las cantidades de calor absorbidas
por el propio calorímetro, el termómetro, etc..., tendremos que
introducir un concepto nuevo y tenerlo en cuenta en la fórmula
anterior, y es el equivalente en agua del calorímetro que es
constante en todas las experiencias y se llama así, porque sus
efectos en las ecuaciones son equivalentes a una masa de agua
que tenga su misma capacidad calorífica, es decir, la masa de
agua que necesita el mismo número de calorías que el calorímetro
con todos sus accesorios para elevar 1° su temperatura.


PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

EQUIPO UTILIZADO

  1.   Calorímetro
  2.   Termómetro
  3.   Botella térmica
  4.   Muestra sólida
  5.   Receptor metálico
  6.   Agua
  7.   Agitador


a) MEDICIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN
SÓLIDO

En el laboratorio, para determinar el calor específico de una
muestra sólida, se utiliza el método de las mezclas, el cual en el
equilibrio y conservación de la energía, puesto que si se mezclan
dos cuerpos de distinta temperatura, se tendrá que el calor que
cede un cuerpo es igual al calor que gana el otro cuerpo.
ERICK CONDE
                                                     PARALELO 4


Una muestra de sólido en la forma de gránulos finamente
divididos, se calienta en un receptáculo de metal cerca del punto
de ebullición del agua, los gránulos calientes son puestos
rápidamente dentro de un calorímetro, que contiene una masa
conocida de agua fresca.

A partir de las masas conocidas, y de la elevación de la
temperatura del agua, y de la mezcla, se puede calcular el calor
específico del sólido.




RESULTADOS
ERICK CONDE
                                                                    PARALELO 4



TABLA DE DATOS



                           Agua                  Calorímetro      Sustancia

   Masa (g)             50.0 ± 0.1                200.0 ± 0.1      60.0 ± 0.1
    Calor
  especifico            1.00 ± 0.01               0.20 ± 0.01
 (Cal/g.ºC)
Temperatura
 inicial (ºC)           24.0 ± 0.1                24.0 ± 0.1       80.0 ± 0.1
Temperatura
  final (ºC)            28.0 ± 0.1                28.0 ± 0.1       28.0 ± 0.1



CÁLCULOS


T1 = Temperatura ambiente

T3 = Temperatura de la muestra

Te = Temperatura de equilibrio



            ( M 1C1 + M 2C 2) * (Te − T 1)       A               ∆AB + A∆B
     C3 =          M 3 * (T 3 − Te)          =   B
                                                         ∆C3 =      B²



   A=M1C1 + M2C2) * (Te – T1)
    A = [(50.0 * 1.00) + (200.0 * 0.20)] * (28.0 – 24.0)
    A = 360.00 Cal
ERICK CONDE
                                                                        PARALELO 4
     ∆A = [(∆M1C1 + M1∆C1)+(∆M2C2 + M2∆C2)]*(Te – T1)+[(M1C1 + M2C2)*(∆Te +∆T1)
     ∆A = [(0.1*1.00 + 50.0*0.01)+(0.1*0.20 + 200.0*0.01)]*(28.0-24.0) + [(50.0*1.00 +
          200.0*0.20)*(0.1+0.1)]
     ∆A = 28.48 Cal


   B = M3 * (T3 – Te)
    B = 60.0 * (80.0 – 28.0)
    B = 3120.00 g.ºC

     ∆B = ∆M3 * (T3 – Te) + M3 * (∆T3 + ∆Te)
     ∆B = 0.1 * (80.0 – 28.0) + 60.0 * (0.1 + 0.1)
     ∆B = 17.2 g.ºC

          A
   C3 =
          B
           360.00
     C3 =
          3120.00
     C3 = 0.115 (Cal/g.ºC)

           ∆AB + A∆B
     ∆C3 =
               B²
           28.48 * 3120.00 + 360.00 * 17..2
     ∆C3 =
                      3120.00²
     ∆C3 = 0.009 (Cal/g.ºC)


C3 = (0.115 ± 0.009) (Cal/g.ºC)


PORCENTAJE DE ERROR DE LA PRÁCTICA

Calor especifico teórico = 0.113(cal/g.oc)



                               teórico − exp erimental
                         %=            teórico

                                0.113 − 0.115
                         %=         0.113     * 100%


                         % = 1.77

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Calor Especifico

  • 1. ERICK CONDE PARALELO 4 OBJETIVOS Determinar el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas. RESUMEN La práctica a realizar consiste en tomar una muestra sólida desconocida e introducirlo dentro de un receptor metàlico con alta temperatura y someterlo a un contacto térmico con agua en temperatura ambiente en el interior de un calorímetro y esperar a que alcance una temperatura de equilibrio y mediante los respectivos cálculos poder obtener el calor especifico de este cuerpo. INTRODUCCION Cuando dos o más cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto térmico se observa que, al cabo de cierto tiempo, todos ellos tienen la misma temperatura. Uno de los métodos para determinar el calor específico de un cuerpo, es el método de las mezclas. Para ello pondremos dos cuerpos A y B en contacto térmico en el interior de un calorímetro aislado térmicamente del medio exterior. Cuerpo A Cuerpo B
  • 2. ERICK CONDE PARALELO 4 Al no existir, o ser muy pequeño el intercambio de calor con el medio exterior a través de las paredes del calorímetro, la cantidad de calor cedida por el cuerpo más caliente será igual a la absorbida por el cuerpo de menor temperatura. La ecuación correspondiente será: Q1 + Q2 = 0 Q1 = - Q2 (1) En donde se han tenido en cuenta el signo de las cantidades de calor, positivas cuando son absorbidas y negativas cuando son cedidas por un cuerpo. Cuando se ponen en contacto térmico varios cuerpos y solo puede intercambiar calor entre ellos y no con el medio exterior, la ecuación correspondiente seria: N = n º de cuerpos ∑i =1 Qi = Q1 + Q2 + ......... + Qn = 0 Volviendo al caso de los dos cuerpos A y B, de masas MA y MB, de calores específicos CeA y CeB, y temperaturas iniciales TiA y TiB, al mezclarse alcanzarán una temperatura final Tf común para ambos cuerpos. Teniendo en cuenta que la cantidad de calor absorbida o cedida por un cuerpo viene dada por Q = m.Ce. ( Tfinal - Tinicial) La ecuación de condición de equilibrio (1) se podrá expresar como MA CeA ( Tf - TiA ) + MB CeB ( Tf -TiB ) = 0
  • 3. ERICK CONDE PARALELO 4 Una ecuación como esta nos sirve para determinar una incógnita. Por ello se podrá determinar el calor especifico de un cuerpo desconocido, siempre que conozcamos los demás parámetros, pero si se tienen en cuenta las cantidades de calor absorbidas por el propio calorímetro, el termómetro, etc..., tendremos que introducir un concepto nuevo y tenerlo en cuenta en la fórmula anterior, y es el equivalente en agua del calorímetro que es constante en todas las experiencias y se llama así, porque sus efectos en las ecuaciones son equivalentes a una masa de agua que tenga su misma capacidad calorífica, es decir, la masa de agua que necesita el mismo número de calorías que el calorímetro con todos sus accesorios para elevar 1° su temperatura. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EQUIPO UTILIZADO 1. Calorímetro 2. Termómetro 3. Botella térmica 4. Muestra sólida 5. Receptor metálico 6. Agua 7. Agitador a) MEDICIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO En el laboratorio, para determinar el calor específico de una muestra sólida, se utiliza el método de las mezclas, el cual en el equilibrio y conservación de la energía, puesto que si se mezclan dos cuerpos de distinta temperatura, se tendrá que el calor que cede un cuerpo es igual al calor que gana el otro cuerpo.
  • 4. ERICK CONDE PARALELO 4 Una muestra de sólido en la forma de gránulos finamente divididos, se calienta en un receptáculo de metal cerca del punto de ebullición del agua, los gránulos calientes son puestos rápidamente dentro de un calorímetro, que contiene una masa conocida de agua fresca. A partir de las masas conocidas, y de la elevación de la temperatura del agua, y de la mezcla, se puede calcular el calor específico del sólido. RESULTADOS
  • 5. ERICK CONDE PARALELO 4 TABLA DE DATOS Agua Calorímetro Sustancia Masa (g) 50.0 ± 0.1 200.0 ± 0.1 60.0 ± 0.1 Calor especifico 1.00 ± 0.01 0.20 ± 0.01 (Cal/g.ºC) Temperatura inicial (ºC) 24.0 ± 0.1 24.0 ± 0.1 80.0 ± 0.1 Temperatura final (ºC) 28.0 ± 0.1 28.0 ± 0.1 28.0 ± 0.1 CÁLCULOS T1 = Temperatura ambiente T3 = Temperatura de la muestra Te = Temperatura de equilibrio ( M 1C1 + M 2C 2) * (Te − T 1) A ∆AB + A∆B C3 = M 3 * (T 3 − Te) = B ∆C3 = B²  A=M1C1 + M2C2) * (Te – T1) A = [(50.0 * 1.00) + (200.0 * 0.20)] * (28.0 – 24.0) A = 360.00 Cal
  • 6. ERICK CONDE PARALELO 4 ∆A = [(∆M1C1 + M1∆C1)+(∆M2C2 + M2∆C2)]*(Te – T1)+[(M1C1 + M2C2)*(∆Te +∆T1) ∆A = [(0.1*1.00 + 50.0*0.01)+(0.1*0.20 + 200.0*0.01)]*(28.0-24.0) + [(50.0*1.00 + 200.0*0.20)*(0.1+0.1)] ∆A = 28.48 Cal  B = M3 * (T3 – Te) B = 60.0 * (80.0 – 28.0) B = 3120.00 g.ºC ∆B = ∆M3 * (T3 – Te) + M3 * (∆T3 + ∆Te) ∆B = 0.1 * (80.0 – 28.0) + 60.0 * (0.1 + 0.1) ∆B = 17.2 g.ºC A  C3 = B 360.00 C3 = 3120.00 C3 = 0.115 (Cal/g.ºC) ∆AB + A∆B ∆C3 = B² 28.48 * 3120.00 + 360.00 * 17..2 ∆C3 = 3120.00² ∆C3 = 0.009 (Cal/g.ºC) C3 = (0.115 ± 0.009) (Cal/g.ºC) PORCENTAJE DE ERROR DE LA PRÁCTICA Calor especifico teórico = 0.113(cal/g.oc) teórico − exp erimental %= teórico 0.113 − 0.115 %= 0.113 * 100% % = 1.77
  • 7. ERICK CONDE PARALELO 4 DISCUSION Podemos concluir que el resultado obtenido corresponde al calor específico del hierro además el porcentaje de error que obtuvimos en esta práctica fue de 1.77 % y se debe ha errores que se cometieron durante la práctica como es al momento de tomar las mediciones que en este caso es, registrar la masa del sólido y la temperatura del agua, que en si, es la inicial de todo el sistema, y el problema radica por el mal uso de los instrumentos, o, por falta de precisión al tomar las respectivas mediciones. Otro motivo sería la pérdida de calor por parte de los sólidos al sacarlos del agua caliente y ponerlos en contacto con el medio ambiente antes de introducirlos al calorímetro, como también cuando se registra la temperatura de equilibrio de la mezcla, que comenzará a descender cuando ya empieza a enfriarse, la manera correcta de tomar aquel dato es en el momento que la temperatura que marca el termómetro permanezca estable. Un punto muy importante que hay que considerar, que tanto la muestra sólida como el agua no son en sí, totalmente puras, es decir, hay cuerpos extraños que pueden estar afectando directamente a nuestros resultados finales. Al calcular el calor específico de la muestra sólida, puede estar surgiendo otro motivo por el cual nuestros resultados presentan errores, y es por introducir los datos de manera errónea en la fórmula. Pero los integrantes que realizamos todo el proceso para obtener el calor específico del sólido tuvimos muy en cuenta todos estos factores, por lo que podemos decir que fue una buena práctica.
  • 8. ERICK CONDE PARALELO 4 CONCLUSION En la práctica realizada se aplicó la Ley de equilibrio Térmico a sistemas termodinámicos también se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del mismo sistema. Recocimos al calor como energía, que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio térmico, y afianzamos los conceptos de calor, temperatura y calor específico. ANEXOS a) De acuerdo a los resultados obtenidos, ¿de qué material está hecha la muestra? Explique. Una vez realizado todos los cálculos, el resultado final se asemeja al calor específico del hierro, por lo que podemos concluir que la muestra esta hecha de este material. b) Tomando en cuenta el aparato que utilizó, señale por qué no se obtuvo una concordancia exacta con el valor teórico Uno de los motivos es: por el mal uso que se da al equipo, y por no ser muy preciso en las mediciones como además factores que influyen en la práctica que en este caso sería la temperatura, impurezas en la muestra entre otros.
  • 9. ERICK CONDE PARALELO 4 c) ¿Por qué el agua y el hielo tienen diferentes calores específicos? El calor específico del agua es 1,000cal y el del hielo es 0,505cal; esto significa que la cantidad de calor que absorbe 1g de agua es mayor que la cantidad de calor que absorbe 1g de hielo para elevar su temperatura en 1ºC. d) ¿Por qué se utilizan vasos de poli estireno para servir café? Explique. Porque el poli estireno presenta la conductividad térmica más baja de todos los termoplásticos, por lo que se suele utilizar como aislante térmico, es decir funciona como una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderían a igualarse en temperatura. BIBLIOGRAFÍA - SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw- Hill, 1996. - LEA Y BURQUE, " physics: The Nature of Things", Brooks/ Cole 1997. - Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A.
  • 10. ERICK CONDE PARALELO 4 EQUIPO UTILIZADO
  • 11. ERICK CONDE PARALELO 4 PROCEDIMIENTO