calor especifico,de metales cobre, plomo

1. UNIVERSIDAD
NACIONA DE
INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
LABORATORIO DE FISICA N° 5
HEDER GONZALES BENITES
MIJAIL CAMI ALEJO
LITA DÍAZ TUNJAR
GABRIEL ANTONI SANCHEZ INGA
SECCION: N
2014

2. UNIVERSIDAD NACIONA DE INGENIERÍA
1. OBJETIVO
 Determinar el equivalente en agua de un calorímetro
 Determinar el calor específico del aluminio
 Determinar el calor específico del cobre
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
Calor y trabajo
Cuando dos sistemas a diferentes temperaturas se hallan en contacto térmico,
el calor fluye del sistema más caliente al más frío, hasta que alcanzan el
equilibrio a una temperatura común, la cantidad de calor que sale de un
cuerpo es igual a la cantidad de calor que entra en el otro. Inicialmente se
elaboró la teoría del calórico, para explicar ese flujo, esta sustancia no podía
ser creada ni destruida, pero si transferida de un cuerpo a otro. La teoría del
calórico servía para describir la transferencia de calor, pero se descartó al
observar que el calórico se creaba por fricción y no habría una desaparición
correspondiente de calórico en ningún otro sitio.
En 1778 el Conde Rumford, como punto de sus observaciones en el taladro de
sus cañones propuso que el calor debe estar asociado con el movimiento.
Pero no se estableció sino hasta medio siglo después de esta observación que
había una relación definida entre cantidad de trabajo hecho contra la fricción y
el calor producido.
En 1843 James Prescott Joule empleó un aparato en el cual el agua agitaba
por un conjunto de paletas giratorias y la energía mecánica suministrada para
rotar las paletas podía medirse con aproximación. El efecto térmico del trabajo
mecánico hecho sobre el agua, era la elevación de la temperatura. El
experimento de Joule demostró que la elevación de la temperatura era
proporcional a la cantidad de trabajo hecho sobre el agua. Por consiguiente el
trabajo realizado en agitar el agua es equivalente al calor añadido al agua.
A pesar de que no necesitamos unidades especiales para el calor, una vez
reconocido que es una forma de energía medible en Joules, o cualquier otra
unidad de energía, se sigue utilizando la unidad histórica del calor, es decir la
CALORÍA. La caloría se define cuantitativamente como la unidad de energía
necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua 14,5°C a 15,5°C.
El equivalente exacto entre el trabajo realizado y el calor añadido está dado
por la relación experimental: 1 cal = 4, 186 Joules. Esta relación es conocida
como el EQUIVALENTE MECÁNICO DE CALOR.
Capacidad calorífica (C)
La capacidad calorífica de un cuerpo es la cantidad de calor requerido para
elevar la temperatura de un cuerpo en un grado
퐶 =
푑푄
푑푇
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Calor específico (c):
Es la capacidad calorífica por unidad de masa
푐 =
퐶
푚
=
푑푄
푚푑푇
A pesar que el calor específico de las sustancias varía ligeramente con la
temperatura, será adecuado para nuestra discusión, asumir que el calor
específico es constante independiente de la temperatura. Luego podemos
determinar el calor Q necesario para elevar la temperatura de la masa de una
sustancia ΔT grados, de la siguiente manera:
푇푓
푄 = 푚 ∫ 푐푑푇
푇푖
= 푚푐(푇푓 − 푇푖 ) = 푚푐Δ푇
3. EQUIPOS Y MATERIALES
 Computadora con software LoggerPro instalado
 Balanza electrónica
 Cocina eléctrica o jarra eléctrica
 Termómetro
 Termo
 Vaso pirex
 Guantes y lentes de protección
 Pinzas de sujeción
 Objetos metálicos (aluminio y cobre)
4. CÁLCULO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Parte 1: Equivalente en agua de un calorímetro
Determinación del equivalente en agua de un calorímetro
Se pone M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco
de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación se vierten m gramos de
agua a la temperatura T. Se agita la mezcla y después de un poco de tiempo
se mide la temperatura de equilibrio Teq.
푘 =
(푇 − 푇푒푞)
(푇푒푞 − 푇0)
푚 − 푀
De acuerdo a los datos experimentales tenemos:
M = 0 g; m = 447 g, T = Tf= 28°C; Teq = 79, 6°C; T0 = Tamb = 27, 81 °C
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Reemplazando:
푘 =
(82 − 79,6)
(79,6 − 27,81)
× 447 = 20,71 푔
Parte 2: Capacidad calorífica de un metal
a) Utilizando agua a mayor temperatura que el metal
퐶 =
Δ푄
Δ푇
Como la variación de calor la entrega el agua, obtenemos:
퐶 =
푐ℎ2표푚ℎ2표Δ푇ℎ2표
Δ푇푚푒푡푎푙
Para el aluminio se tiene:
푚ℎ2표 = 188 푔; Δ푇ℎ2표 = 푇푓 − 푇푒푞 = 80°퐶 − 77.23°퐶 = 2,77°퐶
푚퐴푙 = 46 푔; Δ푇퐴푙 = 푇푒푞 − 푇푎푚푏 = 77,23°퐶 − 27,81°퐶 = 49,42°퐶
Reemplazando:
퐶퐴푙 =
1 × 188 × 2,77
49,42
= 10.54
푐푎푙
°퐶
푐퐴푙 =
퐶
푚
=
10,54
46
= 0,23
푐푎푙
푔°퐶
Comparando con el cAl aceptado comúnmente: 0,212 cal/g°C, calculamos
el porcentaje de error:
Δ% = (1 −
0,212
0,23
) × 100 = 7.82%
Para el cobre se tiene:
푚ℎ2표 = 255푔; Δ푇ℎ2표 = 푇푓 − 푇푒푞 = 81°퐶 − 78,08°퐶 = 2,92°퐶
푚퐶푢 = 150 푔; Δ푇퐶푢 = 푇푒푞 − 푇푎푚푏 = 78,08°퐶 − 27,81°퐶 = 50,27
Reemplazando:
퐶퐶푢 =
1 × 255 × 2,92
50,27
= 14,81
푐푎푙
°퐶
푐퐶푢 =
퐶
푚
=
14,81
150
= 0,099
푐푎푙
푔°퐶
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Comparando con el cCu aceptado comúnmente: 0,099 cal/g°C, calculamos
el porcentaje de error:
Δ% = (1 −
0,094
0,099
) × 100 = 5.05%
b) Utilizando agua a menor temperatura que el metal
Para el aluminio se tiene
푚ℎ2표 = 245 푔; Δ푇ℎ2표 = 푇푒푞 − 푇푎푚푏 = 29,67°퐶 − 27,47°퐶 = 2,2°퐶
푚퐴푙 = 46 푔; Δ푇퐴푙 = 푇푓 − 푇푒푞 = 81,2°퐶 − 29,67°퐶 = 51,53°퐶
Reemplazando:
퐶퐴푙 =
1 × 245 × 2,2
51,53
= 10,46
푐푎푙
°퐶
푐퐴푙 =
퐶
푚
=
10,46
46
= 0,227
푐푎푙
푔°퐶
Comparando con el cAl aceptado comúnmente: 0,212 cal/g°C, calculamos
el porcentaje de error:
Δ% = (1 −
0,212
0,227
) × 100 = 6,61%
Para el cobre se tiene:
푚ℎ2표 = 394 푔; Δ푇ℎ2표 = 푇푒푞 − 푇푎푚푏 = 28,4°퐶 − 26,38°퐶 = 2,02°퐶
푚퐶푢 = 150 푔; Δ푇퐶푢 = 푇푓 − 푇푒푞 = 81,7°퐶 − 28,4°퐶 = 53,3
Reemplazando:
퐶퐶푢 =
1 × 394 × 2,02
53,3
= 14,93
푐푎푙
°퐶
푐퐶푢 =
퐶
푚
=
14,93
150
= 0,1
푐푎푙
푔°퐶
Comparando con el cCu aceptado comúnmente: 0,099 cal/g°C, calculamos
el porcentaje de error:
Δ% = (1 −
0,094
0,1
) × 100 = 6%
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5. CONCLUSIONES
1. En la parte inicial del experimento, se halló que el equivalente en agua del
calorímetro es igual a 20, 71 g, lo que quiere decir que estos 20, 71 g se
comportaran como la masa del calorímetro para ganar o perder calor.
2. En la parte 2a y 2b hallamos que el calor específico del aluminio es 0,23
cal/g°C y 0,227 cal/g°C respectivamente y comparándolos con el valor
comúnmente aceptado se halló que los porcentajes de errores fueron de
7,82% y 6,61% respectivamente. Notamos que estos porcentajes son
menores al 10%, para lo cual podemos considerar estos métodos para
calcular el calor específico de un cuerpo metálico.
3. En la parte 2a y 2b hallamos que el calor específico del cobre es 0,099
cal/g°C y 0,1 cal/g°C respectivamente y comparándolos con el valor
comúnmente aceptado se halló que los porcentajes de errores fueron de
5,05% y 6% respectivamente. Notamos que estos porcentajes son
menores al 10%, para lo cual podemos considerar estos métodos para
calcular el calor específico de un cuerpo metálico.
6. BIBLIOGRAFÍA
 Física 2 – Hugo Medina Guzmán – Fondo editorial PUCP – 1ra edición
páginas 12, 14.
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