Este documento describe dos prácticas de laboratorio sobre calorimetría realizadas por un estudiante. La primera determina la constante de un calorímetro mediante la mezcla de agua caliente y fría. La segunda determina el calor específico del agua aplicando calor mediante una resistencia eléctrica e igualando el trabajo eléctrico con el calor absorbido por el agua. El estudiante calcula las cantidades de calor involucradas y los resultados en diferentes unidades de medida.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA
DE MEXICO.
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN.
Laboratorio de termodinámica.
Práctica numero 4: CALORIMETRIA.
Grupo: TRM05.
Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo.
Profesor: Ing. Chico Venancio.
Fecha de realización: 12072012. Fecha de entrega:19/07/2012.
1

2. PRACTICA 4 "CALORIMETRIA"
OBJETIVO:
Determinar la constante en un calorímetro por el método de mezclas y aplicar el concepto de calor
especifico, para una sustancia limpia.
ACTIVIDADES:
Determinar la constante de un calorímetro mezclando agua caliente y agua fría. Calcular el calor
específico del agua, proporcionando calor al agua de un calorímetro por medio de una resistencia.
MATERIAL Y/O EQUIPO:
1 Parrilla eléctrica de 750W.
1 Cronometro
1 Calorímetro
2 Termómetros
1 Resistencia eléctrica de inmersión
2 Vasos de precipitados de 400 ml.
1 Balanza granataria
1 Multimetro
1 Pesa de 1Kg
1 Pesa de 1/2 Kg
1 Guante de asbesto
1 Agitador de Vidrio
1 Probeta graduada
SUSTANCIAS:
Agua potable.
ASPECTOS TEORICOS
CALOR O ENERGIA TERMICA:
Es la suma de la energía cinética de todas las moléculas, cuyo resultado es la ganancia o perdida
de energía interna; el calor es simplemente otra forma de energía que puede medirse solo en
función del efecto que produce. Existen 2 unidades para medir calor:
a) CALORIA (cal): Es el calor necesario para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un
grado Celsius.
2

3. b) UNIDAD TECNICA BRITANICA (BTU): Es la cantidad de calor necesario para elevar un grado
Fahrenheit la temperatura de una libra de agua-
CAPACIDAD CALORIFICA
Es la relación existente entre la cantidad de calor de una sustancia y su correspondiente elevación
de temperatura:
C=ΔQ/ΔT
La capacidad calorífica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo a presión
constante, que si se realiza a volumen constante, ya que al aplicar presión constante a una
sustancia, esta sufre un aumento en su volumen, lo que provoca una disminución en su
temperatura y en consecuencia, necesitara más calor para elevarla. A volumen constante, todo el
calor suministrado a la sustancia pasa aumentar la energía cinética de las moléculas, por tanto, la
temperatura se incrementa con mayor facilidad.
CALOR ESPECÍFICO (Ce): De una sustancia es igual a la capacidad calorífica de dicha sustancia entre
su masa:
Y como:
ΔQ/ΔT
Sustituyendo:
Ce= ΔQ/ΔT m
Por lo tanto: Q=mCeΔT
En términos prácticos el Ce de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para
elevar en un grado la temperatura de una masa unitaria de la sustancia.
Calorímetro.-Es un recipiente que permite medir las cantidades de calor que interactúan cuando
se mezclan sustancias a diferentes temperaturas éstas tienden a alcanzar el equilibrio térmico, es
decir, mientras una pierde calor la otra gana, por ello se realiza un balance de energía en el
calorímetro y se cumple que: “En cualquier intercambio de calor efectuado, el calor cedido es igual
al absorbido”:
Q₂= Q₁
Por lo tato:
m₂Ce₂(T₂-T₁) = m₁Ce₁(T₂-T₁)
3

4. DESARROLLO
ACTIVIDAD 1: "CONSTANTE DE UN CALORIMETRO"
1. Calibrar la balanza.
2. Medir la masa del calorímetro. Anotar su valor en la tabla 4.1ª
3. Con la probeta medir 200 ml de agua fría, vaciarlos en el calorímetro.
4. Medir la masa del agua fría. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua). Anotar su
valor en la tabla 4.1 A
5. Con el termómetro medir la temperatura del agua hasta que esta se estabilice. Anotar su valor
en la tabla 4.1 A (Considerar esta como la temperatura T₁)
6. con la probeta medir 200 ml de agua, vacíe los en el vaso de precipitado de 400ml y medir la
masa del agua, misma que sería la del agua caliente. Anotar su valor en la tabla 4.1 A
7. Colocar el vaso sobre la parrilla.
8. Conectar la parrilla a la toma de corriente.
9. Introducir el termómetro en el vaso, procurando que este no toque el fondo, espere a que el
agua alcance una temperatura de 40 °C.
10. Con el guante de asbesto puesto, retirar el vaso de la parrilla y colocarlo sobre la zona de
trabajo de la mesa.
11. Espere a que la temperatura de vaso se estabilice, esta será considerada como la temperatura
(T₂). Anotar su valor en la tabla 4.1 A
12. Verter el agua del vaso en el calorímetro, mezclar con el agitador y esperar a que la
temperatura se estabilice. Considerar esta como la temperatura tres (T₃). Anotar el valor en la
tabla 4.1 A
13. Por medio del siguiente análisis, determinar la constante del calorímetro (K calorímetro).
Anexa la memoria de cálculos en el reporte y coloca los resultados que se piden en la tabla 4.1B y
4.1B-BIS.
Q cedido=Q ganado
Q cedido del agua caliente= Q ganado por el agua fría + el calor ganado por el calorímetro.
Para calcular la cantidad de calor Q necesario para el cambio de temperatura:
Por lo que:
4

5. Q cedido del agua caliente=M agua caliente Ce agua caliente (T₂ agua-T₃ agua)
Q ganado del agua fría=M agua fría Ce agua fría (T₃ agua-T₁ agua)
Q ganado por el calorímetro= M Calorímetro Ce calorímetro (T₃ agua-T₁ agua)
Donde:
M calorímetro Ce calorímetro =K; (K es la constante del calorímetro)
Por lo tanto:
Q ganado por el calorímetro= K calorímetro (T₃ agua-T₁ agua)
Y el calor cedido:
Q cedido= M agua fría Ce agua fría (T₃ agua-T₁ agua)+K calorímetro (T₃ agua-T₁ agua)
Despejando la constante del calorímetro se tiene:
ACTIVIDAD II: CALOR ESPECÍFICO DE UN LÍQUIDO.
1. Calibrar la balanza
2. Medir la masa del calorímetro vacio. Anotar el valor en la tabla 4.2ª
3. Suministra en el calorímetro 450ml de agua para que se cubra por completo la resistencia de
inmersión.
4. Medir la masa del agua. (Resta la masa del calorímetro con la masa del agua).Anotar su valor en
la tabla 4.2ª
5. Con el termómetro medir la temperatura inicial del agua. Anotar su valor en la tabla 4.2ª
6. Medir el valor de la resistencia de inmersión. Anotar su valor en la tabla 4.2ª
7. Medir el valor del voltaje de línea. Anotar su valor en la tabla 4.2ª
8. Sin retirar el termómetro, sumergir la resistencia completamente dentro del calorímetro.
9. Tomar el tiempo con el cronometro en el momento de conectar la resistencia.
10. Interrumpir el tiempo del cronometro cuando la temperatura del agua haya alcanzado
los 80°C. Anotar el tiempo en la tabla 4.2A
5

6. 11. Para determinar el calor especifico del agua a presión constante, utilizar el método de
suministro de energía eléctrica, que dice: "Por medio de una resistencia se elevara la temperatura
a una cantidad de agua en función del trabajo eléctrico realizado", es decir:
Para conocer el calor suministrado al agua en términos de calorías se tiene que:
Por lo que el calor cedido por la resistencia a presión constante, sin considerar perdidas es:
El calor ganado por el agua es:
Q ganado por el agua=Q cedido - Q ganado por el calorímetro.......... 1
Y si el calor del agua es: Q agua=M Ce agua(Tfagua-Tiagua)................. 2
Igualando 1 y 2 tenemos: M Ce agua (Tf agua - Ti agua)=Q cedido res – Q ganado por el
calorímetro Despejando:
Si
Y Q ganado calorímetro = K calorímetro (Tf agua –Ti agua)
Entonces, el calor específico real del agua para este experimento es:
Donde:
W=Trabajo realizado(Joule)
R= Resistencia(Ω)
Q= Calor suministrado (J)
t = tiempo suministrado de calor (s)
V= voltaje de la línea (v)
6

7. Rota: R y V pueden obtenerse empleando un multimetro o tomando en cuenta la ley de ohm, que
nos dice que la corriente eléctrica que circula en un circuito (resistencia)es directamente
proporcional al voltaje aplicado a este, e inversamente proporcional a la resistencia de este.
Tabla 4.1 A
CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA
Masa del vaso M vaso gr 153.6
Masa del vaso con agua M vaso agua gr 354.5
Masa del calorímetro M cal gr 200.9
Masa del calorímetro Mcal-agua gr 598.2
con agua
Masa del agua fría M agua-fría gr 444.6
Temperatura inicial del Ti agua ᵒC 22
agua fría
Temperatura inicial del T2 agua ᵒC 40
agua caliente
Temperatura de T3 agua ᵒC 34
equilibrio
Masa del agua caliente M agua caliente gr 195.8
Tabla 4.2 A
CONCEPTO SIMBOLO UNIDAD LECTURA
Masa del calorímetro M-cal gr 153.6
Masa del calorímetro M-cal agua gr 598.2
con agua
Masa del agua M agua gr 444.6
Temperatura inicial del Ti del agua ᵒC 22
agua
Tiempo de suministro de T Seg 3.55.27
energía al agua
Temperatura final del Tf del agua ᵒC 80
agua
Resistencia de inmersión R Ω 1.3
voltaje V v 128
CÁLCULOS
Kcal = mcal Ccal
Qac = Qaf + Kcal (T₃-T₁)
Ccal = Kcal/mcal
Kcal = Qac - Qaf/T₃-T₁
7

8. Ccal= 10.1/87.7= 0.11516 cal/gr °C
Kcal=1282.8-1222.2/34-28= 10.1cal/°C
Ca = 1 cal/gr °C
Qc=Qg
Qc = Qac = (mac(Ca)) (T₂-T₁)= 213.8*1*(40-34)=1282.8 cal
Qg = Qaf + Qcal
Qaf = maf *Ca * (T₃-T₁)= 203.7*1*(34-28) = 1222.2 cal
Qcal = Kcal*(T₃-T₁) = 10.1*(34-28) = 60.6 cal
Q R= V²/R(t)*(0.2389) =129.3²/20*228*(0.2389)= 45532.13878 cal
Qc=Qg
QR=Qa + Qcal
Qa=QR- Qcal
Qcal= Kcal (Tf-Ti)= 10.1(77-29)=484.8 cal
MaCa(Tf-Ti) = QR - Qcal
Ca = QR-Qcal/ma(Tf-Ti)=45532.13878-484.8/785.3+(77-29)= 1.195067 cal
CONVENCIONES
1282.8 cal X (0.00397 BTU)/1cal = 5.0927 BTU
1282.8 cal X(0.00116 J)/1 cal = 1.4880 J
5.0927 BTU X(1.055*10;:Erg)/1 BTU = 5.3727*10;:Erg
1222.2 cal X(0.00397 BTU)/1 cal = 4.8521
1222.2 cal X (0.00116 J)/ 1 cal = 1.4177 J
4.8521 BTU X (1.055*10;:Erg)/1 BTU = 5.1189*10;:
60.6 cal X (0.00397 BTU)/1 cal = 0.2405 BTU
60.6 cal X (0.00116 J)/1 cal = 0.0702 J
0.2405 BTU X (1.055*10;:Erg)/1 BTU = 2.405*10⁹
8

9. 10.1 cal/°C X(1 BTU/°F)/1 cal/°C= 10.1 BTU/°F
10.1 cal/°C X (0.001163 J/°C)/1 cal/°C = 0.0117 J/°C
10.1 BTU/°F X (1.055*10¹:Erg/°C)/1 BTU/°F= 1.06555*10¹¹ Erg/°C
TABLA 4.1B
CONCEPTO JOULE ERGIO BTU CAL
Q cedido por el 1.488 5.372X10¹: 5.09 1282.9
agua caliente
Q ganado por el 1.41 5.11X10¹: 4.85 1222.2
agua fría
Q ganado por el .07 2.405X10⁹ .2405 60.6
agua del
calorímetro
CONCEPTO J/:C ERGIO/:C BTU/:C CAL/:C
K calorímetro .0117 1.06X10¹¹ 10 10
9

10. TABLA 4.2B
CONCEPTO SIMBOLO UNIDADES RESULTADOS
Trabajo eléctrico W J 190590.7
Voltaje V Volts 129.3
Calor cedido por la Q cedido por la Cal 45532.13
resistencia resistencia
CONCEPTO SIMBOLO KJ/KgᵒK Kcal/KgᵒC BTU/Lb:F
Calor especifico del Ce agua real .5905 .5905 .5905
agua real
Calor especifico del Ce agua ideal 1.206 1.206 1.206
agua ideal
CUESTIONARIO 4
1.- ¿Porque los calores específicos del agua son diferentes?
El calor específico de una sustancia varía de acuerdo a su densidad.
2.-¿Como se determina la constante de un calorímetro?
Se ocupa la “constante calorimétrica” de la formula.
3.- Un bloque de madera y uno de metal están a la misma temperatura, cuando los bloques se
sienten fríos, el metal se siente más frio que la madera, cuando los bloques se sienten calientes, el
metal se siente más caliente que la madera. Dar una explicación del por qué. ¿A qué temperatura
se sentirán los bloques igualmente fríos o calientes?
Porque aunque 2 sustancias diferentes alcancen la misma temperatura eso no significa que tengan
la misma energía interna. Para este caso el metal es buen conductor del calor, contrariamente a la
madera que es material aislante.
4.-¿Porque es importante proteger las tuberías de agua para que no se congelen?
Porque esto obstruiría el flujo normal del agua ya que si es posible que el agua que corre por la
tubería llegue a congelarse.
5.- Si el calor especifico del agua fuera menor. ¿Qué probabilidades existirían de que los lagos se
congelasen en invierno?
De hecho seria más común que los lagos se congelaran, ya que el punto de fusión del agua seria a
una temperatura más alta.
10

11. 6.- En los viejos tiempos era común llevarse objetos calientes a la cama en las noches frías de
invierno. ¿Cuál de estos objetos sería más eficaz: Un bloque de hierro de 10kg o una botella con 10
Kg de agua caliente a la misma temperatura?.Explicar
Para el caso del hierro quemaría la superficie de la cama , pero en cambio el agua caliente solo
transmitiría el calor hasta que se produjera el equilibrio térmico.
7.-¿Que significa afirmar que un material tiene una capacidad calorífica grande o pequeña?
La cantidad de calor necesaria para que una partícula o un sistema termodinámico, eleven su
temperatura en 1°C.
8.-¿Porque es incorrecto decir, la materia "contiene" calor?
Lo que realmente contiene la materia es la energía cinética de sus moléculas que a su vez generan
el calor que está en contacto con la materia y se transmite a esta.
9.- ¿A qué temperatura alcanza el agua su máxima densidad?
A los 100°C.
10.- ¿Que es el equivalente de calor y cuál es su equivalencia?
El equivalente del calor o caloría es el joule, y su equivalencia es de 1 cal=4.186 J.
SERIE No. 4
1.- Se introducen 140gr de una aleación a una temperatura de 93°C en un calorímetro de aluminio
de 50gr que contiene 200gr de agua a 20°C. Se agita la mezcla y la temperatura se estabiliza a los
24°C. ¿Cuál es el calor específico de la aleación?. A que material se refiere
Sol. 0.087Cal/g°C
2.- Un trozo de hierro de 316.93gr se pone a calentar en un vaso de precipitado con agua
hasta que alcanza una temperatura de 90°C. Se introduce inmediatamente en el recipiente interior
del calorímetro de aluminio cuya masa es de 150gr. Que contiene 300gr de agua a 18°C se agita la
mezcla y la temperatura aumenta hasta 25°C. ¿Cuál es el calor específico del hierro?
Sol.0.113Cal/g°C
3.- En un sistema domestico de calefacción por agua caliente el agua llega a los radiadores a la
temperatura de 60°C y sale a 38°C se desea reemplazar el sistema de calefacción por otro de vapor
en el cual el vapor a la presión atmosférica se condensa en los radiadores, saliendo de estos a
82°C. ¿Cuántos kilogramos de vapor suministraran el mismo calor que suministra un kilogramo de
agua caliente en la primera instalación?
Sol. 0.0396 Kg de vapor
11

12. CONCLUCIONES.
La practica deja en claro que el calor puede ser convertido en energía mecánica y a su vez la
energía mecánica también puede ser transformada en energía calorífica. Por lo tanto es una de
mostración de la ley de la conservación de la energía (la energía no se crea ni se destruye, sólo se
transforma ).
Sin embargo; se debe de tener en cuenta que es imposible para las maquias convertir toda la
energía calorífica en mecánica y viceversa, aun en el caso de que las pérdidas por fricción sean
nulas.
La energía mecánica se expresa en joules y la energía calorífica se expresa en calorías, pero ambas
son equivalentes numéricamente hablando y a esto es lo que se conoce como equivalente
mecánico del calor.
BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADmetro
http://www.cam.educaciondigital.net/fisica/Apuntes/calormarin
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10_calorimetria.php
http://fisica2013.blogspot.mx/p/calorimetria-y-temperatura.html
M. Alonso y E. Finn. Física volumen I.
Resnick D. Halliday and Krane. Física vol. I, CECSA MEXICO 2002.
12