Laboratory session in Physics II subject for September 2016-January 2017 semester in Yachay Tech University (Ecuador). Topic covered: thermodyinamics, calorimetry, temperature Based on Bruna Regalado's work

1. GUIA PARA LA PRÁCTICA 1:
CALORIMETRÍA
1. CONTENIDO:
Calorimetría
a-.) Calor Específico
b-.) Equilibrio térmico (Temperatura de equilibrio)
c-.) Cantidad de calor
d-.) Transferencia de energía
OBJETIVO DE APRENDIZAJE:
Determinar el calor específico de algunos materiales sólidos mediante el uso del calorímetro
partiendo del calor específico conocido del agua.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS BÁSICOS:
La calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico
usando un calorímetro, donde la energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y
procedede la transformación de otras energías, se denomina calor específico. Para determinar
el calorespecífico de una sustancia cualquiera se debe saber con qué facilidad ésta intercambia
calorcon el medio que le rodea, el cual debe estar bajo condiciones controladas para poder
cuantificarel intercambio de calor del cuerpo en estudio, así es esencial disponer de un sistema
aislado delmedioambiente, en otras palabras, el sistema debe estar libre de interacción con la
atmósfera.
Si se transfiere la misma cantidad de energía en forma de calor a diferentes materiales de la
misma masa, el cambio de temperatura es diferente en cada material, es decir los cambios
observados en cada material dependen de su capacidad calorífica. Si se toma el agua como
sustancia de referencia (c=1,0 cal/g °C), se podrá saber el calor específico de otro material, al
colocarlos en contacto térmico.
En calorimetría se utiliza el calorímetro para aislar los materiales que serán puestos en
contacto térmico y al medir masas y cambios de temperatura se puededeterminar el calor
específico de un material. Partiendo de un análisis de las transferencias de energía en forma de
calor que se presentan dentro del calorímetro, se podrá determinar el calor específico. Por
ejemplo si en este proceso están involucrados tres materiales a, b y c, y si la energía en forma
de calor que transfiere a es completamente absorbida por b y c entonces:
Energía cedida por a = Energía absorbida por b + Energía absorbida por c (1)
Relación que se puede expresar como:
−Qa=Qb+Qc
Haciendo uso de la ecuación (1), se puede escribir: −maca∆Ta=mbcb∆Tb + mccc∆Tc(2)
De esta expresión (2) se puede obtener, midiendo las masas y los cambios en temperaturas,
alguno de los calores específicos cuando se conoce los dos restantes.
Calor específico
El calor específico (c) de un material es la capacidad térmica por unidad de masa. Es decir,
LABORATORIO
DE FÍSICA II

2. c=Q/(m∙ΔT) y se mide en J/kg∙°C. Es una medida de cómo es insensible térmicamente un
material a la adición de energía, es decir, a mayor calor específico, más energía se debe
agregar a una masa determinada del material para causar un cambio particular de temperatura.
Equilibrio térmico
Es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus
condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas, una vez que las temperaturas se
equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio
térmico.
Definición termodinámica de equilibrio térmico:Dos sistemas que están en contacto
mecánico directo o separados mediante una superficie que permite latransferencia de calorlo
que se conoce comosuperficie diatérmica, se dice que están encontacto térmico. Si se
considera entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma quenopuedan
mezclarse o reaccionar químicamente. Considerar además que estos sistemas están colocados
en el interior de un recinto donde no es posible que intercambiencalorcon el exterior ni existan
acciones desde el exterior capaces de ejercertrabajosobre ellos. La experiencia indica que al
cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado deequilibrio termodinámicoque se
denominará estado deequilibrio térmico recíprocoo simplemente deequilibrio térmico. A
partir de ese momento cesarán los cambios que pueden detectarse macroscópicamente y no
obstante que la actividad continúa, de algún modo el estado macroscópico ha llegado al
equilibrio y se caracteriza porque ambos sistemas tienen la misma temperatura.
Cantidad de calor
Lacantidad de calor (Q)que gana o pierde un cuerpo demasa (m)se encuentra con la fórmula:
Donde:
Qes la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.
mes la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos
cees el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en
cal / gr ºC
Δtes la variación de temperatura =Tf − T0 . Temperatura final(Tf)menos Temperatura
inicial(T0), y su fórmula es
CALOR:Transferencia de energíadebida a la diferencia de temperatura entre dos cuerpos.
El cuerpo de mayor temperatura cedeenergíaal cuerpo de menor temperatura. Esta cesión
puede realizarse por conducción, convección o radiación.
Transferencia de energía
Al calentar un cuerpo, evidentemente se está gastando energía. Las partículas que constituyen
el cuerpo incrementan su actividad aumentando su movimiento, con lo cual aumenta la
energía de cada una de ellas y, por tanto, la energía interna del cuerpo. Se sabe, que al poner
en contacto dos cuerpos, uno caliente y otro frío, el primero se enfría y el segundo se calienta.
Esta transferencia de energía desde el primer cuerpo hasta el segundo se lleva a cabo de la
manera siguiente: las partículas del cuerpo más caliente, que se mueven más rápidamente por
tener más energía, chocan con las partículas del segundo que se encuentran en la zona de
contacto, aumentando su movimiento y, por tanto su energía. El movimiento de estas
partículas se transmite rápidamente a las restantes del cuerpo, aumentando la energía
contenida en él a costa de la energía que pierde en los choques las partículas del primer
cuerpo. La energía que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor. No es correcto
afirmar que el calor se encuentra almacenado en los cuerpos, lo que está almacenado en ellos

3. es la energía, es decir, calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro o de un sistema
a otro. Los cambios en el proceso de transferencia de energía se llevan a cabo en una
dirección, desde el que suministra dicha energía hasta el que la recibe.
3. MATERIALES DE LABORATORIO:
Soporte
Balanza electrónica
Vasos de precipitación (500 ml y 250 ml)
Bureta de 100 ml
Lamina de fieltro
Placa calefactora
Agitador
Tapa para calorímetro (aislante)
Recipiente con agua hirviendo
Barras de 60g de aluminio, cobre y latón
Termómetro
Hilo
4. EXPERIENCIAS:
En esta práctica primeramente se determinará el calor específico del material del que está
hecho el vaso interior del calorímetro (usualmente es de aluminio) suponiendo que se conoce
su valor para el caso del agua. En una segunda fase se determinará el calor específico de algún
material sólido, conocidos los valores para el agua y el material del calorímetro, los cuales se
obtendrán utilizando la ecuación (2).
Actividad 1: Determinación del calor específico del calorímetro.
1. Mida la masa del vaso interior del calorímetro (mc)
2. Vierta en el calorímetro 20 ml de agua (m1) a temperatura ambiente.
3. Cierre el calorímetro, espere aproximadamente 1 minuto y mida la temperatura de
equilibrio que alcanza el vaso interior del calorímetro y el agua que vertió en el paso 2 (T1)
4. Vierta en el calorímetro 30 ml de agua (m2) previamente calentada a una temperatura
aproximada de 70ºC (T2), y cierre el calorímetro lo más rápido que pueda una vez vaciada el
agua caliente.
5. Espere a que se alcance la temperatura de equilibrio de la mezcla de agua que contiene el
calorímetro, para ello observe cuidadosamente el termómetro hasta que la medición se
estabilice (eso deberá ocurrir aproximadamente 1 minuto después de completado el punto 4),
cuando eso ocurra anote la temperatura de equilibrio (Tf).
6-.) Calcular el calor específico del calorímetro usando la siguiente ecuación:
Actividad 2: Determinación del calor específico de diferentes materiales
1. Mida la masa del vaso interior del calorímetro (mc).
2. Mida la masa del material (m3).
3. Coloque el material dentro del calorímetro
4. Vierta en el calorímetro 20 ml de agua (m1) a temperatura ambiente.
5. Cierre el calorímetro, espere aproximadamente 1 minuto y mida la temperatura de
equilibrio que alcanza el vaso interior del calorímetro, el material colocado dentro de él y el
agua que vertió en el paso 4 (T1)
6. Vierta en el calorímetro 30 ml de agua (m2) previamente calentada a una temperatura
aproximada de 70ºC (T2), y cierre el calorímetro lo más rápido que pueda una vez vaciada el
agua caliente.

4. 7. Espere a que se alcance la temperatura de equilibrio de la mezcla de agua que contiene el
calorímetro, el material colocado dentro del calorímetro y el propio calorímetro, para ello
observe cuidadosamente el termómetro hasta que la medición se estabilice (eso deberá ocurrir
aproximadamente 1 minuto después de completado el punto 6), cuando eso ocurra anote la
temperatura de equilibrio (Tf).
8. Bañar con agua fría la pieza de material y el vaso interior del calorímetro para disminuir su
temperatura y secar las piezas.
9. Colocar el vaso interior del calorímetro en su lugar y poner la pieza dentro del calorímetro.
10.En estas condiciones, repetir tres veces el procedimiento desde el paso 4 hasta el 8, para
obtener 3 conjuntos de mediciones de temperaturas T1, T2 y Tf.
11. Con estos valores de temperaturas calcular tres valores de calor específico del material, a
partir de tres mediciones diferentes.
12-. Para obtener el calor específico del material se hace un análisis de las transferencias de
energía en forma de calor en todos los materiales involucrados que fueron puestos en contacto
térmico.
NOTA:Recordar que cuando dos objetos son puestos en contacto térmico, la transferencia de
energía en forma de calor transferida por uno de los objetos es completamente absorbida por
el otro, es decir,
Qg=−Qp
12. Repita la experiencia pero en este caso con otro material diferente.
IMPORTANTE:
• Para los puntos 1 y 2 pueden ser determinantes las condiciones de seco y limpio.
• Para los puntos 5 y 7 es importante medir en condiciones de equilibrio térmico.
• Para el punto 6, debe tener cuidado en no verter agua en el espacio intermedio del
calorímetro y colocar la tapa del calorímetro para aislar el sistema ya que, de no hacerlo, se
introducen errores importantes en las lecturas.
5. EVALUACIÓN DE LOS DATOS
ACTIVIDAD 2
a-.) Indique los siguientes valores:
m1 =
m2 =
m3 =
Complete las siguientes tablas:
Material 1:
T1 T2 Tf c
1
2
3

5. Material 2:
T1 T2 Tf c
1
2
3
Con los tres valores de calor específico medidos, obtener:
-El calor específico promedio ( )
- La desviación promedio (δ)
- El error porcentual
- Idee la manera de utilizar las ternas de valores de temperatura y calor específico para llevar a
cabo una regresión lineal cuya pendiente indique el valor del calor desprendido por uno de los
dos materiales.
Preguntas específicas
1-.) Diferentes materiales tienen valor diferente materiales tienen valor diferente de calor
específico, esto determina en gran medida las aplicaciones que pueden ser hechas con el
material. Investiga los valores del calor específico de diversos materiales (sólidos y líquidos)
y su uso, con base en esta propiedad termodinámica.
2-.) ¿Cuál fue el error porcentual obtenido en el experimento? ¿Cuáles son las principales
fuentes de error en este experimento? Sea claro y concreto al señalar las fuentes de error.
3-.) ¿Por qué la temperatura final de equilibrio no quedó muy cerca de la temperatura del
agua? Explique su respuesta.
4-.) ¿Por qué en el experimento se tiene que tomar en cuenta el vaso interior y no así el vaso
exterior del calorímetro que es también de aluminio?
5-.) Conocido el valor del calor específico del material ¿Cuánta energía en forma de calor se
necesita transferirle a 100 gramos de este material para elevar su temperatura en 10ºC? ¿Y
al agua?
6-. AYUDA BIBLIOGRÁFICA ADICIONAL
•Jerry D. Wilson, Anthony J. Buffa y Bo Lou. Física. Pearson Prentice Hall, 2007
•Paul A. Tipler y Gene Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología, 10ma edición Editorial
Reverté, 2007
•Paul G. Hewitt. Conceptual Physics, 11ma edición. Pearson Education, 2009
•Raymond A. Serway y C. Vuille. College physics. Cengage Learning, 2011
•Richard P. Feynman, Robert B. Leighton y Matthew L. Sands. The Feynman Lectures on
Physics" vol. 1. Addison Wesley, 1989
Links:
Calorímetro
https://www.youtube.com/watch?v=LgHmqePgjjg
Determinación del calor específico del calorímetro

6. https://www.youtube.com/watch?v=u4qpNAHZnI0
Laboratorio de calorimetría
https://www.youtube.com/watch?v=gasRsXnWyfs
Calorimetría: temperatura y calor, calor latente -
https://www.youtube.com/watch?v=1lpkz8Aipsw
Calor específico de sólidos
https://www.youtube.com/watch?v=jwspfor7R3g