LABORATORIO calor especificoPFR Página 1/19 INTRODUCCION En este laboratorio estudiaremos el calor especifico de fierro Y del aluminio utilizando el método de mesclas remplazando en la ecuación todos los datos menos el calor especifico y también determinaremos la capacitada calorífica del calorímetro valiéndonos para esto del meto de mesclas luego precisaremos la temperatura de un curo incandescente e Sin hacer uso de un termómetro para determinar su temperatura sino que utilizaremos el principio de temperatura de equilibrio LABORATORIO calor especifico PFR Página 2/19 OBJETIVO GENERAL Este informe de laboratorio guiara la forma de hallar el calor especifico de un sólido a través de un proceso único ya establecido arbitrariamente donde se llevan a cabo diversidad de sucesos que involucran los diferentes conceptos termodinámicos que previamente se deben tener para su correcta realización y un buen cálculo de los calores específicos a determinar. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1) Determinar el calor específico de un cuerpo sólido por el método de las mezclas. 2) Determinar la temperatura de un cuerpo incandescente (al rojo vivo), cuyo calor especifico es conocido, usando el método de las mezclas. 3) Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta el software Data Studio. 4) Utilizar el software Data Studio para verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada. LABORATORIO calor especifico PFR Página 3/19 MATERIALES - Computadora personal con programa Data Studio instalado Interface USB Link Sensor de temperatura Balanza Calorímetro Cuerpo metálicos problema Rollo de cobre Probeta graduada 1 Vaso precipitados 1 Pinza universal 2 Nuez doble 2 Bases (1) Varillas (1) Fuente de calor Agitador. figura 1 materiales de segundo laboratorio PFR Página 4/19 LABORATORIO calor especifico 1. INDICACIONES DE SEGURIDAD Implementos de seguridad de uso obligatorio Análisis de Trabajo Seguro (ATS) N° TAREAS Recepción materiales RIESGOS IDENTIFICADOS deCuidado objetos con la cida MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO deAsegurese que los materiales estén en buen estado Inplementacion yDaño de algún material o Precausion ensamblaje delalguna lecion fisica calorimetro esquema mostrado Determinación delSuperficie caliente calor especifico y la temperatura de los metales Fe Cu Al al Usar guantes electricca manipular con la cosina Utilizar data estudioCorrsion del cable queCuiado con el sensor ara verificaciónconesta la cocina altemperatura de que marlo parámetros sensor de la computadora Devolución materiales deCuidado objetos con caída de de Esperar a que Enfrie la cocina eléctrica para poder desamblar los equipos Limpieza del área deCida de objetos trabajo el Usar mecanismos de limpieza Advertencias ADVERTENCIA procedimiento y Leer detalladamente el verificar la correcta parametrización. Identificar la polaridad de los conectores utilizados para no provocar sobrecorriente o cortocircuitos. Antes de energizar el sistema, el profesor del curso debe verificar las conexiones y dar su visto bueno. LABORATORIO calor especifico PFR Página 5/19 Fundamento teórico Calor específico. El calor específico (c) de una sustancia, es la cantidad de calor (medido en calorías) requerido para que un gramo de dicha sustancia, eleve su temperatura en 1 °C. El calor ganado o perdido por un cuerpo es igual al producto de sus masas, su calor específico y el cambio de temperatura. ∆Q = m c (Tf – Ti) (1) El método más común usado en la determinación de cambios de calor es el método de las mezclas, basado en el principio de la conservación de la energía, en el cual dos o más sistemas que tienen temperaturas diferentes son puestos en contacto, de tal forma que intercambien calor hasta que todos ellos adquieren la misma temperatura (temperatura de equilibrio) Como un resultado del intercambio, los cuerpos de más alta temperatura cederán calor a los cuerpos de temperatura mas baja, de manera que la cantidad de calor perdido por algunos cuerpos2 es igual a la cantidad de calor ganado por los otros. Fig2 calor esecifico Un cuerpo de masa M, cuyo calor especifico c se desea determinar es calentado hasta alcanzar una temperatura T y luego introducido rápidamente a un calorímetro de masa Mc, y cuyo calor especifico cc el cual contiene en su interior una masa de agua MA, todos estos a una temperatura inicial Ti. La mezcla alcanzara una temperatura intermedia de equilibrio TEq. Aplicando el principio de conservación de la energía tendremos que el calor perdido por el cuerpo debe ser igual al calor absorbido por el agua, el calorímetro y el termómetro. Esto es: M c (T – TEq) = MA cA (TEq – Ti) + MC cC (TEq – Ti) (2) CUERPO AGUA CALORIMETRO LABORATORIO calor especifico PFR Página 6/19 De donde: (M AcA + M CcC )(TEq −Ti ) c =------------------------------------------M(T −TEq ) Que nos determina el calor específico c del cuerpo. Este es el fundamento del método de las mezclas. Es necesario observar que este método solo conduce a la determinación del calor específico promedio en un intervalo de temperaturas un poco amplio. El calorímetro que usaremos esta cubierto de una envoltura de material térmicamente aislante para minimizar tanto la perdida como la absorción de calor, pero no elimina este factor completamente ya que es prácticamente imposible aislar cualquier sistema del medio que lo rodea y eliminar un intercambio de calor. El equivalente en agua es un término frecuentemente en calorimetría. Es la masa de agua que requiere la misma cantidad de calor para aumentar su temperatura en un grado como el que se requiere para aumentar la temperatura del cuerpo en un grado. El equivalente del agua es el producto de la masa de un cuerpo y la capacidad térmica del material del cuerpo. Fig. 3 calor especifico del agua Por lo tanto su definiciones es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se le representa con la letra (minúscula). De forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra (mayúscula). LABORATORIO calor especifico PFR Página 7/19 PROCEDIMIENTO Experiencia del calor especifico de sólidos. Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase USB Link. Fig 4 programa data estudio menú princial Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACION y lo configuramos para que registre un periodo de muestreo de 10 Hz en ºC. Fig 5 programa data estudio configurando sensor LABORATORIO calor especifico PFR Página 8/19 Luego presione el icono del SENSOR DE TEMPERATURA luego seleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, según datos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 ºC a 135 ºC con un paso de 0.01 ºC. Fig 6 programa data estudio configurando sensor 2 Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luego hacemos el montaje de la figura 4.1. Varilla Sensor de temperatura Nuez doble Cuerpo Base Fig. 7 primer montaje LABORATORIO calor especifico PFR Página 9/19 Ponemos en la cocina eléctrica 100g de agua y lo hacemos calentar a 60°c (cuidado con sufiese caliente) Fig 8 cocina calentando el reciiente Después ponemos en el calorímetro 100g de agua a temperatura ambiente (19.5 °c) Fig 9 calorímetro con 1000g de agua LABORATORIO calor especifico PFR Página 10/19 Tomamos la temperatura de equilibrio des sistema El resultado es : 38.1°c Efectuamos los cálculos respectivos para hallar el calor especifico del calorimetro Cálculos para determinar la capacidad calorífica del calorimetro 0 = MA cA (TEq – Ti) + Mb cb (TEq – Ti)- M c (T – TEq) 0= 100*1*(38.1-19.5)+100(60.1-38.1)+C(38.1-19.9) 0=1820-2190+18.2C 18.2C=370 C=20.32 cal/°c Después hallamos el calor específico de los metales Fe y Cu Colocamos 150g de agua en el calorímetro cuya tempera ambiente es 19.5°c Fig 10 calorímetro con 150g de agua LABORATORIO calor especifico Colocamos el metal 92.1 °c PFR Página 11/19 Fe en el contenedor y lo acemos hervir junto con agua a Al momento de medir la masa de agua que introducirá en el matraz cuide de no mojar la balanza. Fig 11 calentando el recipiente Después medimos la temperatura del calorímetro con agua y el metal de Fe LABORATORIO calor especifico PFR Página 12/19 Fig 12 escalando el agua con la el fierro Realizamos cálculos para medir el calor específico del Fe ayudados de nuestro fundamento teórico 0 = 150*1*(22.4-19.5)+59.98*Ce (22.4-92.1)+20.32(22.4-19.5) 0=435-418.606Ce+50.8 4180.606Ce=485.8 Ce=0.11620 cal/°c 0 = 150*1*(22.7-20)+59.98*Ce (22.7-92.1)+20.32(22.7-20) 0=405-4150.12+54.864 4150.12Ce=459.864 Ce=0.110807 cal/°c Después realizamos el mismo procedimiento para el Cu Fig 13 calorímetro con los Bloque de aluminio y fierr PFR Página 13/19 LABORATORIO calor especifico Realizamos cálculos para medir el calor específico del Fe ayudados de nuestro fundamento teórico dos veces Repita el proceso hasta completar 2 mediciones, con 2 cuerpos metálicos diferentes y llene las tablas 4.1 y 4.2. 0 = 150*1*(24.7-19.4)+59.99*Ce (24.7-92.1)+20.32(24.7-19.4) 0=795-4042.652Ce+107.696 4042.656Ce=903.696 Ce=0.22354 cal/°c 0 = 150*1*(25.5-20.4)+59.99*Ce (25.5-92.1)+20.32(25.5-20.4) 0=765-3995.334Ce+103.632 399.344Ce=868.6332 Ce=0.217441 cal/°c Datos teóricos útiles cAl = 0.2250 cal/gr ºC cFe = 0.1146 cal/gr ºC cCb = 0.0577 cal/gr ºC cACE = 0,106 cal/gr ºC Aluminio Hierro Estaño Acero cCu = 0.0931 cal/gr ºC cPb = 0.0320 cal/gr ºC cZn = 0.0925 cal/gr ºC Cobre Plomo Zinc TABLA 1 Clase de metal usado Medición Hierro, Fe Calor especifico teórico (Cal/g°C) 1 2 Masa del calorímetro MC 356.7 g 357.7g Masa del cuerpo metálico M Masa de agua 59.98g Temperatura inicial del sistema Ti Temperatura inicial del cuerpo caliente T Temperatura de equilibrio TEq Calor especifico experimental Error porcentual 0.1146 cal/gr ºC 59.98g 150g 150g 19.5°c 20°c 92.1 92.1 22.7 22.4 0.1162 cal/gr ºC 1.39 0. 217441 cal/gr ºC 3.30 PFR Página 14/19 LABORATORIO calor especifico TABLA 2 Clase de metal usado Aluminio, Al Medición 1 Calor especifico teórico (Cal/g°C) 2 Masa del calorímetro MC 356.7 g 357.7g Masa del cuerpo metálico M Masa de agua 59.998g Temperatura inicial del sistema Ti Temperatura inicial del cuerpo caliente T Temperatura de equilibrio TEq Calor especifico experimental Error porcentual 0.2250 cal/gr ºC 59.99g 150g 150g 19.4 20.4°c 92.1 92.1 24.7 ºC 0.22354 cal/°c 0.66 25.5 ºC 0.1104 cal/gr ºC 3.37 4.2 Experiencia de la determinación de la temperatura de un cuerpo incandescente. Inicie la toma de datos introduciendo los 100 ml de agua en el calorímetro y oprimiendo el botón inicio en la barra de configuración principal de Data Studio. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la temperatura inicial T i del sistema calorímetro, agitador y agua. Fog 14 calorímetro con el codo de cobre PFR Página 15/19 LABORATORIO calor especifico Caliente el rollo de cobre directamente con tu mechero sujetándolo con la pinza, hasta que se ponga incandescente. En esta forma la temperatura T del rollo de cobre incandescente será la misma que la de la fuente de calor. Oprima el botón inicio en la barra de configuración principal de Data Studio. Rápida y cuidadosamente introduce el rollo de cobre incandescente dentro del calorímetro. Agita el agua en el calorímetro. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la temperatura más alta registrada. Esta será la temperatura de equilibrio TEq. Complete la tabla 4.3. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios. TABLA 3 Clase de metal usado Masa del calorímetro MC Masa del rollo de cobre M Masa de agua Temperatura inicial del sistema Ti Calor especifico Cobre, Cu teórico Cu 0.0931 cal/gr (Cal/g°C) ºC 356.7 g 10.5g 100g 20.5 ºC Temperatura inicial del cuerpo incandescente T 854.35 ºC Temperatura de equilibrio TEq 27.1 ºC LABORATORIO calor especifico PFR Página 16/19 . CUESTIONARIO Sobre la Experiencia del calor especifico de sólidos. ¿Podrías determinar el calor específico de las muestras usadas en este experimento enfriando el metal a la temperatura del hielo en vez de calentarlo como se hizo en la experiencia? Explica. Si podría por que la temperatura es un dato relativo que nos ayuda a medir el calor especifico. Lo único que ocurrir es que en ambas lados de la ecuación abrían menores calores claro que siempre y cuando el agua no se vuelva hielo porque si no utilizaría más calor al generar se un cambio de estado ¿Podrías determinar el calor específico de una sustancia desconocida sin necesidad de hacer uso de una sustancia de referencia como el agua? Explica. Sí, siempre y cuando sabiendo su masa, su diferencia de temperatura y la energía inerte que posee un cuerpo (calor). Si se duplicara el espacio entre las paredes de los recipientes del calorímetro ¿Variaría el intercambio de calor?, explique su respuesta. Si porque el espacio del calorímetro seria el doble de lo que era y habría menos transferencia de calor del exterior para que pueda entrar calor o también pudiera salir al menos se puede decir que a mayor espacio de las paredes del calorímetro el sistema se vuelve más hermético ¿Qué viene a ser la energía calorífica absorbida por una sustancia cuando la temperatura es incrementada? El aumento de la energía interna y la disminución de la entropía, ya que al aumentar la temperatura de un sistema, aumentan su energía interna reflejada en el aumento del calor del sistema completo o de la sustancia. LABORATORIO calor especifico PFR Página 17/19 Sobre la Experiencia de la determinación de la temperatura de un cuerpo incandescente ¿Cuánto es el equivalente en agua del calorímetro? El equivalente en agua del calorímetro es: C = 20 cal/g ºC ¿Qué evidencia dan los resultados de esta experiencia para justificar que el agua tiene un calor específico más alto que el material considerado? La evidencia son los resultados obtenidos del calor especifico en las tablas 1, 2, 3 ; donde se demuestran que sus calores son menores a uno, por lo tanto el agua cuyo calor especifico es uno es el más alto. ¿Qué porcentaje de error has introducido al despreciar el equivalente en agua del termómetro? Demuestra tu respuesta. Error porcentual del hierro es de 1.39 % Error porcentual del aluminio es de 0.66 % Estos resultados se encontraron en 2 muestras de cada material y se pusieron el error porcentual más bajo que se encontró en cada material. ¿Cómo podrías medir la temperatura de una estrella? Se podría medir mediante las radiaciones que emiten. Según una ley descubierta por W. Wien en el siglo XIX, la longitud de onda del máximo de intensidad es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de la fuente. En rigor, la ley de Wien sólo es válidad para la radiación emitida por un cuerpo ideal denominado cuerpo negro, que absorbe toda la radiación que recibe y que sirve a los físicos como referencia. Entonces se podría decir que aún no hay forma exacta de medir la temperatura a una estrella. LABORATORIO calor especifico PFR Página 18/19 OBSERVACIONES El agua tiene un calor especifico muy alto Ce agua= 1cal/gºC, entonces es muy estable térmicamente, es decir conserva mucho la temperatura. Significa que tiene una gran capacidad de absorber energía en forma de calor, y sin apenas variar su temperatura. Por eso se utiliza mucho en radiadores y calefacción. El calor específico del aire, en cambio, es mucho más alto ce aire= 0,238 cal/gªC, por lo tanto el aire se calienta rápidamente al aplicarle la llama de la vela, a diferencia del agua, y permite que el globo alcance temperatura suficiente y pueda explotar. Donde Q=calor, m=masa, Ce= calor especifico y Tf-Ti son las temperaturas iniciales y finales. CONCLUSIONES Diferentes sustancias requieren diferentes cantidades de calor para producir un cambio dado en su temperatura. Por ejemplo, para incrementar la temperatura de 1kg de agua en una cantidad ΔT de temperatura se requiere alrededor de 10 veces más calor que para incrementar en esta misma cantidad ΔT la temperatura de 1kg de cobre. Este comportamiento de los materiales es caracterizado cuantitativamente por el calor específico, que es la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de 1gr de sustancia en 1°C. Así, el agua tiene un calor específico de mayor valor que el cobre. fig 15 calor especifico LABORATORIO calor especifico PFR Página 19/19 El calor específico de un material es característico para cada sustancia y depende de su estructura interna. Como puede ser visto de la definición, el calor específico de una sustancia dada puede ser determinado mediante la entrega de una cantidad de calor conocida a una cantidad de masa determinada de la sustancia y con un apropiado registro del cambio en su temperatura. El propósito de este experimento es determinar el calor específico de un material en particular mediante los métodos de calorimetría. BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA) Introduccion. (s.f.). Recuperado el 7 de Abril de 2012, de http://www.monografias.com/trabajos35/calor-especifico/calor-especifico.shtml Tecsup. (201 - I). Guía del laboratorio de Física I . Observaciones http://pinomansodiver.blogspot.com/