Este documento presenta los objetivos, actividades y materiales de una práctica de laboratorio sobre calor específico y cambios de fase. La práctica incluye tres actividades: 1) determinar el calor específico de un metal, 2) calcular el equivalente mecánico del calor, y 3) calcular la entalpía de vaporización. El documento también presenta conceptos teóricos como calor específico, equivalente mecánico del calor, cambios de fase y calor latente. Incluye tablas de lecturas y resultados

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA
DE MEXICO.
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN.
Laboratorio de Termodinámica
Práctica numero 5: Calor específico y cambios de fase.
Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo.
No. de cuenta: 41205778-6.
Grupo: lunes 4:00-5:30
Ciclo escolar: 2014-1
Fecha de realización: 30092013.
Fecha de entrega: 07/10/2013.

2. Objetivo:
Comprender y aplicar el concepto de calor especifico, equivalente mecánico del calor y entalpia de
vaporización.
Actividades:
1. Determinar el peso específico de un metal.
2. Calcular el equivalente mecánico del calor.
3. Calcular la entalpia de vaporización.
Material y/o equipo:
1 parrilla eléctrica de 750 watts.
1 calorímetro (recipiente de aluminio).
1 cronometro.
2 termómetros.
1 vaso de precipitado de 250 ml.
1 vaso de precipitado de 500 ml.
1 balanza granataria.
1multimetro.
1 pesa de 1 Kg.
1 pesa de ½ Kg.
1 guante de asbesto.
1 agitador de vidrio.
1 cubo de metal.
Agua potable.
1 cafetera.
1 pinza sujetadora.
1 resistencia de inmersión.

3. Cambios de estado de la materia:
Equivalente mecánico del calor:

4. Aspectos teóricos:
La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación de la energía, a
los procesos de calor y termodinámico:
La primera ley hace uso de los conceptos claves de energía interna, calor, y trabajo sobre un
sistema. Usa extensamente el estudio de los motores térmicos. La unidad estándar de todas estas
cantidades es el julio, aunque algunas veces se expresan en calorías o BTU.
En un contexto físico, el escenario común es el de añadir calor a un volumen de gas, y usar la
expansión de ese gas para realizar trabajo, como en el caso del empuje de un pistón, en un motor
de combustión interna. En el contexto de procesos y reacciones químicas, suelen ser más
comunes, encontrarse con situaciones donde el trabajo se realiza sobre el sistema, más que el
realizado por el sistema.
Calor especifico:
Se denomina calor específico a la capacidad calorífica correspondiente a la unidad de masa del
sistema.
Así, denominamos m a la masa del sistema, cuya capacidad calorífica media es
Donde c es el calor específico medio, para el intervalo de temperatura ΔT. El calor específico es
una propiedad intensiva, o sea independiente de la masa del sistema. Como su valor depende le la
temperatura, lo mismo que la capacidad calorífica, para definirlo a una cierta temperatura
debemos disminuir todo lo posible el intervalo ΔT haciendo tender las temperaturas al valor
adoptado; o sea
Donde c es el calor específico verdadero a una temperatura T.

5. Unidades de calor especifico:
Cuando la masa se expresa en gr, el calor específico correspondiente a la capacidad calorífica de 1
gr del sistema, siendo sus unidades: cal/gr.
Cuando la masa se expresa en moles, es decir, en el número de pesos moleculares gr del sistema,
el calor específico corresponde a la capacidad calorífica de 1 mol, de sistema y se lo denomina:
“capacidad calorífica molar”, “calor molar” o directamente “calor específico molar”.
Equivalente mecánico del calor:
En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación
entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor caloría.
Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran cantidad de energía
que es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de un volumen
pequeño de agua.
Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro
para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de
una pesa, tal como se muestra en la figura.

6. Cambios de fase:
En el estado de vapor, las partículas de agua se mueven libremente, ocupando mucho más espacio
que en estado líquido. Si calentamos el vapor de agua, la energía la absorben las partículas y ganan
velocidad, por lo tanto la temperatura sube.
Cuando la temperatura del líquido alcanza el punto de ebullición, la velocidad con que se mueven
las partículas es tan alta que el proceso de vaporización, además de darse en la superficie, se
produce en cualquier punto del interior, formándose las típicas burbujas de vapor de agua, que
suben a la superficie. En este punto la energía comunicada por la llama se invierte en lanzar a las
partículas al estado gaseoso, y la temperatura del líquido no cambia (100ºC).
En el estado líquido las partículas están muy próximas, moviéndose con libertad y de forma
desordenada. A medida que calentamos el líquido, las partículas se mueven más rápido y la
temperatura aumenta. En la superficie del líquido se da el proceso de vaporización, algunas
partículas tienen la suficiente energía para escapar. Si la temperatura aumenta, el número de
partículas que se escapan es mayor, es decir, el líquido se evapora más rápidamente.
Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión (0ºC) la velocidad de las partículas es lo
suficientemente alta para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atracción del estado
sólido y abandonan las posiciones fijas que ocupan. La estructura cristalina se va desmoronando
poco a poco. Durante todo el proceso de fusión del hielo la temperatura se mantiene constante.
En el estado sólido las partículas están ordenadas y se mueven oscilando alrededor de sus
posiciones. A medida que calentamos el agua, las partículas ganan energía y se mueven más
deprisa, pero conservan sus posiciones.
Calor latente:
Es aquel que cuando se suministra a la materia su temperatura permanece constante y durante el
lapso de tiempo que se le suministra cambia de estado. Su fórmula es:
Calor sensible:
Es aquel que cuando se le suministra a la materia cambia su temperatura sin cambiar de estado.
Su fórmula es:
Desarrollo:
1. Calibrar la balanza.
2. Medir la masa del calorímetro, anotar su valor en la tabla 5.1ª.

7. 3. Verter en el calorímetro aproximadamente 1/3 de agua fría, determinar su masa y su
temperatura.
4. Determinar la masa del metal. Anotar su valor en la tabla 5.1 A.
5. En un vaso de precipitado verter aproximadamente 2300ml de agua.
6. Introducir el metal en el vaso de precipitado.
7. Colocar el vaso en la parrilla. Conectar a la toma corriente.
8. Introducir el termómetro en el vaso para medir la temperatura de ebullición. Anotar el
valor en la tabla 5.1A, (esta es considerada como la temperatura inicial del metal).
9. Una vez que el agua este hirviendo, con las pinzas sacar el trozo de metal e introducirlo en
el calorímetro.
10. Medir la temperatura máxima que alcanza el agua en el calorímetro (T2), anotar el valor
en la tabla 5.1A. esta es considerada como la temperatura que se alcanza en el equilibrio
termodinámico entre el metal y el agua.
Actividad 2: equivalente mecánico del calor:
Realizar los cálculos necesarios para obtener el equivalente mecánico del calor utilizado en la
práctica. Anotar los resultados en la tabla 5.2B.
Actividad 3: entalpia de evaporación:
1. Medir la resistencia de inmersión y el voltaje de línea. Anotar su valor en la tabla 5.2B.
2. Verter 2/3 de agua en el calorímetro o en la cafetera.
3. Determinar la masa del agua, restándole la masa de la cafetera. Anotar su valor en la tabla
5.2A.
4. Conectar la resistencia de inmersión a la toma corriente.
5. Con el agitador de vidrio mezclar continuamente para alcanzar una temperatura uniforme
dentro del calorímetro ola cafetera.
6. Esperar a que el agua alcance una temperatura de ebullición (92ᴼ aprox.). es ese
C
momento cronometrar el tiempo en un lapso de 5min, para que se consuma parte del
agua.
7. Desconectar la cafetera y colocarla en la balanza, medir la masa del agua que se evaporo,
(restando la masa inicial del agua fría con la masa final del agua caliente). Anótalo en la
tabla 5.3A.

8. Tablas de lecturas.
Tabla 5.1A.
Concepto
Masa del calorímetro
Masa del agua
Temperatura inicial
del agua
Masa del metal
Temperatura inicial
del metal
Temperatura final del
agua
Temperatura final del
metal
Símbolo
M calorímetro
M H2O
T1 H2O
Unidad
g
g
ᴼ
C
Lectura
90.3
189
27
M M1
TM1
g
ᴼ
C
242.2
84
T2 H2O
ᴼ
C
32
tM2
ᴼ
C
32
símbolo
R
unidad
Ω
Lectura
.9M Ω
V
m1
m2
mv
t
V
g
g
g
s
130.7
1433.2
1521.8
1382.4
300
Tabla 5.2A.
Concepto
Resistencia de
inmersión
Voltaje de línea
Masa inicial del agua
Masa final de lagua
Masa del vapor
Tiempo de
vaporización
Memoria de cálculo:

9. Tablas de resultados:
Tabla 5.1B.
Concepto
Calor especifico
del metal
Símbolo
CeM
KJ/Kgᴼ
K
unidades
Cal/gᴼ
C
BTU/lbᴼ
F
.31249
2.747x10^-4
1.196x10^-5
Tabla 5.2B.
Concepto
Equivalente
mecánico del
calor
J
28.09.14
Unidades
cal
671.41
BTU
2.66
Tabla 5.3B.
Concepto
Calor de
vaporización
Símbolo
Qv
Concepto
Entalpia de
vaporización
Símbolo
Hv
Joule/mol
.0407
J/gmol
29.4415
Unidades
Cal/mol
9.768x10^-3
Unidades
Cal/gmol
7.067
BTU/mol
3.877x10^-5
BTU/lbmol
.028
Cuestionario no. 5
1) Explicar los estados de la materia y sus cambios investigar qué tipo de calor manejan.
El tipo de calor que manejan es el calor latente debido a que este calor es el que actúa sobre la
materia cuando cambia de fase.
2) Demostrar mediante la primera ley de la termodinámica la relación existente entre los
calores específicos y la constante particular de los gases.
Para el proceso isobárico:

10. 3) ¿Por qué causa más daño una quemadura de vapor de agua que una quemadura con agua
hirviendo?
Causa más daño una quemadura con agua hirviendo que con vapor de agua, debido a que las
moléculas del vapor están más dispersas que las moléculas del agua, aunque el vapor se encuentra
a una temperatura más elevada.
4) ¿Qué significa afirmar que un material tiene una capacidad calorífica grande o pequeña?
La capacidad calorífica varía dependiendo de si se está a volumen constante o a presión constante,
a una Capacidad Térmica más grande, una tasa más lenta en la disipación del calor y viceversa.
5) ¿Porque los lagos y estanques se congelan de arriba hacia abajo y no al revés?
La temperatura de congelación del lagua disminuye con el aumento de la presión, y en la parte
más profunda de los lagos hay mayor presión y por ello se necesita que el agua este a una
temperatura más baja.
6) Investigar 3 formas de transmisión de calor.
Por radiación, por conducción, por convección.
7) Determinar el error porcentual error relativo y error absoluto de esta práctica.
No se puede determinar el porcentaje de error debido a que no se conocen varios datos que nos
deben proporcionar teóricamente, como el equivalente mecánico del calor.
8) ¿Qué tipos de errores se cometieron al efectuar esta práctica y como podrías evitarlos?
La inexactitud al tomar el tiempo con el cronometro, así mismo al tomar la medición de la
temperatura.
Conclusiones:
En el experimento se pudo observar el proceso de sublimación del agua, y como es que vario la
masa de este líquido al pesarlo, es decir, cuanto del líquido se había transformado al estado
gaseoso, esto último en función del tiempo y del aumento de la temperatura; y además, como es
que mediante la experimentación nos acercamos al valor teórico de la entalpia, claro con su
correspondiente porcentaje de error, debido a los tiempos imprecisos y al manejo de los

11. instrumentos. Se logro encontrar el calor de vaporación del agua utilizando la resistencia que
generaba la resistencia que contenía la cafetera y la diferencia de potencial de la cual nos
suministraban que era la promedio de 126 V y gracias a este valor podemos encontrar la entalpia
de evaporización.
Por otro lado aprendimos como calcular el calor específico de un sólido en este caso de un cubo de
metal, aunque se pudo haber llegado a un valor más aproximado si no hubiéramos cometidos
algunos errores de medición de la temperatura, al igual que la del que se indican en las tablas de
lecturas.
Para este tipo de prácticas es necesario conocer la teoría ya que sin ella no es posible llegar a las
conclusiones que se piden, y de hecho, las practicas sirven para reforzar únicamente lo que ya se
comprobó de manera teórica.
Bibliografía:
Encyclopedia of Energy´Daniel N. Lapedes Editor en Jefe McGraw-Hill Book Company, USA 1976
Steam / ist generation and use´The Babcock & Wilcox Companythirty-ninth edition, USA 1978
Virgil Moring Faires Termodinámica´4ª edición, México, 1982
W.H. Severns, H.E. Degler, J.C. Miles La producción de energía mediante vapor, aire, o gas´Editorial
Reverte mexicana S.A., México D.F. 1991
Francis F Huang Ingeniería Termodinámica´Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V., 2ª
Edición,México 1994
M.J. Moran, H.N. Shapiro Fundamentos de termodinámica técnica´,Editorial Reverté S.A., Tomos 1
y 2, España, 1993M.
Lucini. "Turbomáquinas de vapor y de gas", Editorial Labor, 3° Edición, Barcelona 15España.