fisica 1

1. “UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE
HUAMANGA”
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS
ALIMENTARIAS
INFORME N°12
“CALOR ESPECÍFICO”
ASIGNATURA : FÍSICA I
DOCENTE : Fis. ORÉ GARCÍA, Julio
ALUMNOS : -
- FLORES PAREJA, Rubén
- GAVILAN CASTILLO, Gustavo Eliel
GRUPO DE PRÁCTICA : lunes 3-5 pm
FECHA DE EJECUCION : 08-06-19
FECHA DE ENTREGA : 08-06-19
AYACUCHO-PERÚ
2019

2. OBJETIVO
❖ Determinar el calor específico de una pieza de material sólido.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Capacidad calorífica.
Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la temperatura de un
cuerpo aumenta cuando se le aporta energía en forma de calor. El cociente entre la
energía calorífica Q de un cuerpo y el incremento de temperatura T obtenido recibe el
nombre de capacidad calorífica del cuerpo, que se expresa como:
𝐶 =
𝑄
∆𝑇
La capacidad calorífica es un valor característico de los cuerpos, y está relacionado
con otra magnitud fundamental de la calorimetría, el calor específico.
Para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 ºC es necesario aportar una cantidad
de calor igual a una caloría. Por tanto, la capacidad calorífica de 1 g de agua es igual
a 1 cal/K.
Calor específico
El valor de la capacidad calorífica por unidad de masa se conoce como calor
específico. En términos matemáticos, esta relación se expresa como:
𝑐 =
𝐶
𝑚
=
𝑄
𝑚∆𝑇
donde c es el calor específico del cuerpo, m su masa, C la capacidad calorífica, Q el
calor aportado y ∆T el incremento de temperatura.
El calor específico es característico para cada sustancia y, en el Sistema Internacional,
se mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kg·K)). A título de ejemplo, el calor
específico del agua es igual a:

3. 𝑐 agua = 4.184
𝐽
𝑘𝑔. 𝐾
= 1
𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔. 𝐾
Del estudio del calor específico del agua se obtuvo, históricamente, el valor del
equivalente mecánico del calor, ya que:
1𝑐𝑎𝑙 = 4.184 𝐽
1𝐽 = 0.24𝑐𝑎𝑙
Equilibrio térmico. Ley Cero de la termodinámica. Calor ganado y perdido
Equilibrio térmico al estado en que dos cuerpos en contacto mecánico, o separados
por una superficie conductora, igualan sus temperaturas inicialmente dispares, debido
a la irradiación de calor de uno hacia el otro hasta alcanzar un balance.
Si tenemos dos objetos en contacto, uno más caliente que otro, a medida que el
tiempo transcurra ambos tenderán a alcanzar la misma temperatura y, si no hay
pérdida de calor hacia otros objetos, en adelante mantendrán un equilibrio térmico, o
sea, una temperatura constante.

4. El punto de equilibrio térmico se da cuando la energía cinética se distribuye en ambos
cuerpos.
Este fenómeno puede explicarse microscópicamente, comprendiendo primero que el
grado de calor (temperatura) de los objetos tiene que ver con la energía cinética
promedio de sus partículas, sean átomos, moléculas, o los que convenga considerar.
Este promedio es lo que comúnmente se llama en física «energía interna», por lo que
a mayor energía cinética mayor energía interna y mayor temperatura del sistema.
Esa energía cinética al no ser estacionaria (que no se queda necesariamente dentro
del objeto) es posible entender que dos cuerpos en contacto continúan intercambiando
energía a medida que el tiempo transcurre. Y así, el punto de equilibrio térmico se
alcanza cuando la energía cinética compartida entre ambos cuerpos se distribuye a lo
largo de todo el sistema, o sea, de ambos cuerpos que pasan a operar como un
sistema termodinámico único, dotado de una misma cantidad de energía interna y, por
ende, de temperatura.
La expresión del equilibrio térmico se da en grados centígrados, como cualquier
temperatura, y es el resultado del cálculo de la diferencia de temperaturas entre los
dos cuerpos, por lo que primero debe determinarse la cantidad de calor (Q) que pierde
cada uno.
Esto se determina empleando la fórmula:
𝑄 = 𝑚 × 𝐶𝑒 × ∆𝑇
En donde m será la masa del cuerpo.
Ce su calor específico expresado en cal / gr °C.
Δt la variación de temperatura, o sea: Δt = tf – ti, tiempo final menos tiempo inicial.
Una vez calculado Q para cada cuerpo, podremos compararlos a sabiendas de que el
equilibrio térmico se da en la igualdad de las temperaturas entre el cuerpo 1 y el cuerpo
2, así que Q1 = Q2, o sea, calor ganado = calor perdido. El calor que el cuerpo más
frío gana es el que el cuerpo más caliente pierde.

5. Ley Cero de la termodinámica
La ley cero de la termodinámica puede expresarse como: si A = C y B = C, entonces
A = B.
Este principio está expresado en la llamada Ley cero de la termodinámica, que fue
expresada en 1931 por R. H. Fowler de la siguiente manera: “Si dos sistemas A y B
se encuentran, cada uno por separado, en equilibrio térmico con un tercer sistema,
que llamaremos C, entonces A y B se encuentran también en equilibrio térmico entre
sí”.
O sea: si A = C y B = C, entonces A = B.
Gracias a este principio, centrado en la formulación matemática de la termodinámica,
se sabe lo que Maxwell expresó en palabras de esta manera: “Todo el calor es del
mismo tipo”.
Calor ganado y perdido
Como sabemos el calor se trasmite de un cuerpo caliente a un cuerpo frío, en este
intercambio la cantidad de calor pertenece constante. La ley de la conservación del
intercambio de energía calorífica dice: la cantidad de calor que absorbe un cuerpo es
igual a la cantidad que pierde el otro, hasta alcanzar el equilibrio térmico.

6. Es decir:
Calor perdido = Calor ganado
Matemáticamente hablando podemos expresarlo de la siguiente forma:
−∆𝑄1 = ∆𝑄2
Si observamos nos daremos cuenta que uno de ellos es negativo debido a que pierde
calor, y el otro es positivo por que gana calor.
Si sustituimos por las ecuaciones completas tendremos:
−𝐶𝑒𝑚1(𝑇𝑖 − 𝑇𝑓) = 𝐶𝑒2𝑚2(𝑇𝑖 − 𝑇𝑓)
Si los cuerpos alcanzan el equilibrio térmico, entonces la temperatura final de ambos
debe ser la misma.
La cantidad de calor que un cuerpo pierde o gana depende de tres factores:
1. La variación de la temperatura que se desea conseguir.
2. La masa del cuerpo que se caliente o enfríe.
3. La naturaleza del cuerpo.

7. Equivalente en agua de un calorímetro
El calorímetro es un recipiente construido de tal forma que impide la conducción de
calor a su través. En la mayoría de los casos suele tener dobles paredes entre las que
se ha hecho el vacío o lleva un material aislante térmico, que impide o minimiza la
conducción de calor, y por ello conserva muy bien la temperatura de los cuerpos que
se encuentran dentro. En su tapadera llevan dos orificios, uno para introducir el
termómetro y el otro para el agitador, (Figura).
El producto de la masa del calorímetro por su calor específico, es su capacidad
calorífica, que denominaremos K. Como el calor especifico del agua es 1cal/ ºC gr,
esto equivale a considerar una masa de K gramos de agua, que absorbería (o
cedería) la misma cantidad de calor que el calorímetro, para la misma variación de
temperatura. Por eso a K se le llama equivalente en agua del calorímetro. El valor de
K se refiere tanto al recipiente como a sus accesorios; el termómetro y el agitador.
Si dentro del calorímetro tenemos una masa de agua M1 a la temperatura T1, y la
mezclamos con otra masa de agua M2 a la temperatura T2, una vez alcanzado el
equilibrio térmico, el conjunto se encontrará a la temperatura de equilibrio T. Si K es
el equivalente en agua del calorímetro y T2 < T < T1, el balance energético es:
En donde:
Siendo c el calor específico del agua; c = 1cal/g ºC. Consideraremos que está
determinado con un error absoluto de ±0,1 cal/g ºC.

8. PROCEDIMIENTO
MATERIALES:
Un calorímetro de mezcla (un termo), termómetro, mechero a gas, soporte universal,
matraz de pírex, pieza de material sólido y agua
1. DETERMINAR EL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO
1.1. Colocar dentro del calorímetro una cantidad ma de agua a temperatura menor
que la del ambiente
1.2. Dejar que se establezca el equilibrio y medir a la temperatura de equilibrio Ta
1.3. Calentar agua en un matraz de pírex a una temperatura Tb y colocar una cantidad
mb de esta agua en el calorímetro
1.4. Medir la nueva temperatura de equilibrio T
2. DETERMINAR EL CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS
2.1. Colocar una cantidad ma de agua en el calorímetro y deje que se establezca el
equilibrio. Mida la temperatura Ta
2.2. Mida la masa de un sólido metálico. Caliente la pieza sólida en agua en un vaso
pírex, hasta la temperatura Tb
2.3. Sumerja rápidamente el cuerpo caliente dentro del calorímetro, tape el calorímetro
y mida la temperatura de equilibrio T
2.4. Desaloje el contenido del calorímetro y deje enfriar, para ello haga correr agua
fría dentro del calorímetro. Repita del paso 2.1. a 2.3. pero con otro sólido metálico

9. RESULTADOS
1. Con los datos de la experiencia 1, determinar el equivalente en agua del
calorímetro.
H2O (g) temperatura
sin hervir 30 20°C
calentada 30 58.3°C
temperatura de
equilibrio
34°C
2. Con los datos de la experiencia 2 determinar el calor específico de los materiales
sólidos, busque en la bibliografía e identifique de qué materiales se trata.
Objeto 1
𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 = 𝑄 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜
Calculo:
𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑎 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑎) + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑏) = 0
𝑄𝑥 + 𝑄1 + 𝑄2 = 0
𝐶𝑒. 𝑚. ∆𝑇) + (𝐶𝑒. 𝑚. ∆𝑇)1 + (𝐶𝑒. 𝑚. ∆𝑇)2 = 0
𝐶𝑒. 𝑚. (14) + (1𝑥30𝑥 14) + (1𝑥30𝑥(−24.3) = 0
𝐶𝑒. 𝑚 = 22.07 cal/ g °C
𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑄 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜
𝑇° 𝐻20 = 19°𝐶
𝑚 𝐻2𝑂 = 80 𝑔
𝐶𝑒 = 1 𝑐𝑎𝑙/g.°C
𝑇° 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 89.5°𝐶
𝑚 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 50𝑔
𝐶𝑒 =¿ ? 𝑐𝑎𝑙/g.°C
𝑇° 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 = 22.8°𝐶

10. 𝑄 𝐻2𝑂 + 𝑄 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 𝑄 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜
𝐶𝑒 𝑥𝑚 𝐻2𝑂 𝑥∆𝑇° + 𝐶𝑒 𝑥 𝑚 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑥∆𝑇° = 𝐶𝑒 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑥𝑚 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑥∆𝑇°
1𝑥80𝑥(22.8 − 19) + 22.07 𝑥 (22.8 − 19) = 𝐶𝑒 𝑜𝑏𝑗 𝑥 50 𝑥 (89.5 − 22.8)
𝐶𝑒 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 0.117 𝑐𝑎𝑙
𝐶𝑒ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 0.107 𝑐𝑎𝑙/g.°c
Objeto 2
𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 = 𝑄 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜
𝑄 𝐻2𝑂 + 𝑄 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 𝑄 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜
𝐶𝑒 𝑥𝑚 𝐻2𝑂 𝑥∆𝑇° + 𝐶𝑒 𝑥 𝑚 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑥∆𝑇° = 𝐶𝑒 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑥𝑚 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑥∆𝑇°
1𝑥120𝑥(23 − 19) + 22.07 𝑥 (23 − 19) = 𝐶𝑒 𝑜𝑏𝑗 𝑥 67.7 𝑥 (90 − 23)
𝐶𝑒 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 0.126𝑐𝑎𝑙
𝐶𝑒 𝑠𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜𝑛 = 0.168 𝑐𝑎𝑙/g.°c
𝑄 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑄 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜
𝑇° 𝐻20 = 19°𝐶
𝑚 𝐻2𝑂 = 120 𝑔
𝐶𝑒 = 1 𝑐𝑎𝑙/g.°C
𝑇° 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 90𝐶
𝑚 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 67.7𝑔
𝐶𝑒 =¿ ? 𝑐𝑎𝑙/g.°C
𝑇° 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 = 23°𝐶

11. CUESTIONARIO
1. Qué representa el equivalente en agua del calorímetro
El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual
que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta
forma, solo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.
Cuando no hay el calorímetro se acude a agua que sirve como si fuera el calorímetro,
al inicio se mide el agua equivalente que sirve como si fuera un patrón, luego se pone
en contacto con el material que se desee determinar su calor especifico, se tiene que
esperar el tiempo necesario para que se transfiera el calor y nuevamente se mide la
temperatura. Esta nueva temperatura no siempre va a ser mayor que la temperatura
del equivalente en agua también puede ser menor esto depende del calor especifico
del material que se desee medir.
2. Sugiera un método para determinar el calor específico de un líquido no
inflamable e inflamable
Material.- Calorímetro, dos termómetros de 0° a 60º, vaso de precipitado, y
una placa calorífica.
Fig. 1
Método Operativo.-
Se coloca en el calorímetro (Fig. 1) una masa m1 de agua a la temperatura que salga
del grifo (aproximadamente una tercera parte de la capacidad del calorímetro)
pesamos esa masa y medimos su temperatura. Para ello, como habremos recogido
el agua en el vaso del precipitado, habremos pesado dicho vaso, primero vacío y luego
con el agua, y la diferencia será m1 siendo t1 la temperatura de esa agua. Luego se
coge otra cantidad de agua, se calienta a una temperatura t2 mayor que t1, que se
medirá con otro termómetro y se calculará su masa m2 de la misma forma que hemos
calculado la m1. A continuación se echa el agua caliente en el calorímetro, y se mezcla
con el agua a la temperatura t1 agitando bien, para que la mezcla se haga homogénea
y entonces cl termómetro del calorímetro empezará a subir hasta alcanzar una

12. temperatura t3 ( temperatura de equilibrio de la mezcla), en que comenzará a
descender porque ya empieza a enfriarse por radiación del calorímetro.
Para calcular el equivalente en agua del calorímetro
Llegamos a:
3. Qué dice la ley de Petit Dulong
El calor específico atómico de todos los elementos en estado sólido (con pocas
excepciones) presenta valores próximos a 25 J/(mol•K) (ó sea, 6 cal/(mol•K), cuando
aumenta considerablemente su temperatura.
Entendemos por calor atómico el calor intercambiado por un átomo-gramo de
sustancia cuando su temperatura varía un 1 K y es igual al producto de la masa
atómica del elemento por su calor específico. Como el número de átomos contenido
en un átomo-gramo de sustancia es el mismo (número de Avogadro) para todos los
elementos, se infiere que se requiere aproximadamente la misma cantidad de calor
por átomo para producir el mismo aumento de temperatura en todos los sólidos. En
otras palabras, el calor necesario para elevar la temperatura de una cierta masa de
sólido depende solamente del número de átomos contenidos en ella, siendo
independiente de la masa de cada uno de ellos.
La ley de Dulong y Petit se cumple tanto mejor cuanto más elevada es la temperatura,
acentuándose la discrepancia con los resultados experimentales a medida que
disminuye la temperatura; estas discrepancias sólo pueden explicarse en el marco de
la Física Cuántica. Así pues, la ley de Dulong y Petit constituye realmente una ley
límite, en el sentido de que el valor de 25 J/(mol•K) es el valor a que tienden los calores
atómicos de los sólidos a medida que aumenta la temperatura; no obstante, a la
temperatura ordinaria ya se alcanza un valor próximo a las 6 cal/(mol•K) para la
mayoría de los elementos. Por el contrario, hay elementos (v.g., el carbono) que
requieren temperaturas muy altas para acercarse a ese valor (para el carbono, el calor
atómico vale 5.3 cal/(mol•K) a la temperatura de 1170 °C).
CONCLUSIÓN
Se determino el calor especifico del calorímetro que sirvió de base de cálculo para
determinar los calores específicos de los objetos que sirvieron de estudio.
Logramos determinar el calor específico de los sólidos, el cual haciendo una
comparación con la teoría nos da como resultado el objeto o el sólido que se trabajó
en primer lugar es el hierro, mientras que el segundo objeto o solido se trató del silicón
esto se pudo comprobar con la tabla de calor especifico que en la parte bibliográfica
se señala.