UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS I. OBJETIVOS Determinar el calor específico de objetos sólidos, con la mayor exactitud posible. Analizar la temperatura final, cuando 2 sistemas se ponen en contacto. Determinar la relación entre la capacidad calorífica y la energía necesaria para elevar la temperatura del objeto a analizar. CALOR ESPECÍFICO | 1 MATERIALES / EQUIPO 1 Equipo de calentamiento 1 Soporte universal 1 Calorímetro de mezclas 1 Probeta graduada de 100 ml 1 Balanza 1 Muestra Metálica 1 Termómetro 2 Clamp o agarraderas 1 Varilla metálica 1 Vaso de precipitado de 500 ml Agua Potable CALOR ESPECÍFICO | 2 .UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS II. pero de la misma sustancia. se introduce la muestra previamente calentada. CALOR ESPECÍFICO | 3 . observándose luego un equilibrio térmico o temperatura final entre la muestra y el agua. son directamente proporcionales a la masa m: 𝑄 𝑄′ = 𝑚 𝑚′ El calor específico (c) de un cuerpo se define como: 1 𝑑𝑄 𝑐= 𝑚 𝑑𝑇 Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el medio que lo rodea.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS III. mientras que dT es el elemento de variación de temperatura que experimentan los cuerpos. que contiene en su interior agua cuya masa fue previamente medida. FUNDAMENTO TEÓRICO La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es directamente proporcional a la variación de la temperatura T: 𝑄 𝑄′ = ∆𝑇 ∆𝑇 ′ También. entonces la muestra de mayor temperatura transfiere energía calorífica al agua que se encuentra en el calorímetro. y un termómetro sumergido en él para medir la temperatura inicial del agua. Medida del calor específico de una muestra sólida Método de mezclas En un sistema convenientemente aislado para evitar perdida de calor. En la presente experiencia se utilizará el método de mezclas y el proceso de medida se realizará a presión constante. La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos. 𝑚𝐻2 𝑂 Masa del agua. 𝑚𝐶𝐴𝐿 Masa del calorímetro CALOR ESPECÍFICO | 4 .UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 −[ ]=[ ]+[ ] 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 La ecuación que rige este sistema está dado de la siguiente manera −𝑄𝑚 = 𝑄𝐻2 𝑂 + 𝑄𝐶𝐴𝐿 En el equilibrio térmico 𝑚𝑚 𝐶𝑒𝑚 ∆𝑇 = (𝑚𝐻2 𝑂 𝐶𝑒𝐻2 𝑂 + 𝑚𝐶𝐴𝐿 𝐶𝑒𝐶𝐴𝐿 )∆𝑇 ′ (𝑚𝐻2 𝑂 𝐶𝑒𝐻2 𝑂 + 𝑚𝐶𝐴𝐿 𝐶𝑒𝐶𝐴𝐿 )∆𝑇 ′ 𝐶𝑒𝑚 = 𝑚𝑚 ∆𝑇 Donde: ∆𝑇 = (100°𝐶 − 𝑇𝐹 ) ∆𝑇 = (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 ) 𝑚𝑚 Masa de la muestra. Dentro del calorímetro. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Suspenda el termómetro y los cilindros de metal como se muestra en la figura y proceda a calentar el hasta que el agua hierva a la temperatura de C o 100. vierta 150 ml de agua y mida la temperatura inicial del sistema Ti.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS IV. En vaso de pirex vierta agua de tal manera que sobrepase los cilindros de metal. también la masa del vaso interior del calorímetro. CALOR ESPECÍFICO | 5 . Con la balanza determine la masa de los cilindros de metal. 2. 3. Con la ecuación: Que fue resultado de la ecuación: Se determinó el calor específico de cada muestra . espere unos minutos para que llegue al equilibrio térmico (temperatura final). Con un termómetro mida la temperatura del sistema en equilibrio TF.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS 4. 6. 5. Retire la muestra del pirex e Introduzca rápidamente dentro del calorímetro agite y cierre herméticamente. OBS: T= 99° C CALOR ESPECÍFICO | 6 . 05 75.05 23.083 𝐸 (%) = 29.77 % Para la muestra 2 – ALUMINIO 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 (150 𝑔 ∗ 1 𝑔 ∗ °𝐶 + 46.0 ± 0.05 24.005 22.0707 1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Muestra 𝒎𝒎 (𝒈) 𝒎𝑯𝟐𝑶 (𝒈) 𝒎𝒄𝒂𝒍 (𝒈) 𝑻𝒊 (°𝑪) 𝑻𝒆 (°𝑪) ∆𝑻 (°𝑪) ∆𝑻′ (°𝑪) 1 72.005 150 ± 25 46.1 ± 0.0707 2.9 ±0.083 − 0.05829 ± 0.5 ± 0.5 ± 0.21438 ± 0.5 °𝐶 𝐶𝑒𝑚 = 24.5 ± 0.22 𝑔 ∗ °𝐶 ) ∗ 2.3 ± 0.0 °𝐶 𝐶𝑒𝑚 = 72.0707 2 24.3 𝑔 ∗ 76 °𝐶 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0.005 150 ± 25 46.0 ± 0.0 ± 0.009( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Porcentaje de error: 0.5 ± 0.0 ± 0.22 𝑔 ∗ °𝐶 ) ∗ 2.005 21.5 ± 0.0 ± 0.0707 2.9 𝑔 ∗ 75 °𝐶 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0.05 23.0707 3 107.1 𝑔 ∗ 0.05829 𝐸 (%) == | | 0.05 76.1 𝑔 ∗ 0.05 75.0 ± 0.005 150 ± 25 46.0147( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Porcentaje de error: CALOR ESPECÍFICO | 7 .1 ± 0.5 ± 0.0 ± 0.0707 Donde: TF = Temperatura de equilibrio (Te) → Es la que se mide en el calorímetro Para la muestra 1 – COBRE 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 (150 𝑔 ∗ 1 𝑔 ∗ °𝐶 + 46.1 ± 0.005 21. 5 % CALOR ESPECÍFICO | 8 .UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS 0.5 °𝐶 𝐶𝑒𝑚 = 107.211 − 0.0296 𝐸 (%) == | | 0.5 𝑔 ∗ 75.031 𝐸 (%) = 4.6 % Para la muestra 3 – PLOMO 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 (150 𝑔 ∗ 1 𝑔 ∗ °𝐶 + 46.1 𝑔 ∗ 0.0296 ± 0.211 𝐸 (%) = 1.5 °𝐶 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0.21438 𝐸 (%) == | | 0.003( ) 𝑔 ∗ °𝐶 0.22 𝑔 ∗ °𝐶 ) ∗ 1.031 − 0. necesitamos suministrarle a este 0.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS V. necesitamos suministrar a este 0.05829 calorías.21438 calorías. se necesitan 0. Para el caso del aluminio 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0. un gramo de COBRE (Cu). Para el caso del plomo 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0.0147( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Esto nos indica que. para elevar la temperatura en 1°C de un gramo de aluminio. para elevar la temperatura de un gramo de plomo en 1°C.05829 ± 0.0296 calorías. en este caso.0296 ± 0.003( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Este resultado indica que.009 ( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Esto nos indica que. CALOR ESPECÍFICO | 9 . DISCUSIÓN DE RESULTADOS Al ser el calor específico 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.21438 ± 0. para elevar la temperatura en 1°C de una unidad de masa. de los datos obtenidos podemos interpretar lo siguiente: Para el cobre 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0. ¿QUÉ ES UN CALORÍMETRO? Y EXPLIQUE SU USO. El tipo de calorímetro de uso más CALOR ESPECÍFICO | 10 . Y esto puede ocurrir en el instante que determinamos la temperatura en el recipiente aislante térmico y/o en el momento de medir la temperatura del agua en el que se encuentra inicialmente el material. CUAL ES LA DIFERENCIA CON CAPACIDAD CALORÍFICA. es decir toda la masa del material. Se distingue claramente de la capacidad calorífica ya que ésta es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura. DEFINA EL CALOR ESPECÍFICO DE UN MATERIAL. sirve para determinar el calor específico de un cuerpo así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. al caer en errores de paralelaje.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS VI. El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. EVALUACIÓN 1. 3. ya que se pudo utilizar una balanza digital. ENUMERE Y EXPLIQUE TRES FUENTES DE ERROR COMETIDOS EN ESTE EXPERIMENTO. 3) El recipiente aislante térmico conduce un poco el calor. Por ejemplo la capacidad calorífica para un vaso de agua y para una piscina es muy distinta mientras que el calor específico para ambos casos es igual. Es decir. Puesto que la masa influye al momento de determinar el calor específico. mientras que el calor específico mide para una unidad de masa. 1) Error al medir las temperaturas. El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa de un material para elevar su temperatura en una unidad. 2. 2) Uso de una balanza de poca precisión. Es necesario que los alrededores tengan un gradiente de temperatura constante Microcalorímetro CALOR ESPECÍFICO | 11 . 4. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida. Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de cada uno de ellos Calorímetro adiabático: . como en el caso de líquido a sólido o viceversa.45 cal/g°C = 1900 J/kg°C aproximadamente. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición.Sistema aislado permite hacer la relación calor generado y diferencia de temperatura. 5. ¿Cuál sería la diferencia si en vez de agua usamos aceite para determinar el calor específico del aluminio? La diferencia radica en que al remplazar en la fórmula tendríamos que usar el calor específico del aceite que es de CE (aceite) = 0. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro. . una línea de transmisión poco conductora del calor que conecta la entrada con la carga y un termómetro Carga dual: Usa el principio de carga dual. El uso de una resistencia térmica El control de la temperatura de los alrededores Calorímetro de carga seca Consiste en una carga térmicamente aislada donde se disipa la potencia. el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua. se agita el agua hasta lograr el equilibrio. como sucede al quemar un combustible. la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Existen 3 métodos que evitan el intercambio de calor entre el sistema y los alrededores: La generación rápida de calor. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor).No permite el intercambio de energía en forma de calor entre la celda y los alrededores. en el cual una absorbe mientras que la segunda actúa como temperatura de referencia. El calor latente. un dispositivo para agitar y un termómetro. Cuando la fuente de calor es una reacción química. las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. con ayuda de una chispa eléctrica. y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro. que no está relacionado con un cambio de temperatura. Su principal aplicación es para potencias de muchos watts. Ambas cámaras están separadas por una pared metálica. Calorímetro de flujo La potencia es medida a través del calor de un fluido que fluye a través de la carga. Mientras que el coaxial utiliza aceite y es construido para bajas frecuencias. cuando la medición es completada el bolómetro es removido y entonces puede ser usado como una referencia calibrada. Se pone también un termómetro.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Es el tipo de calorímetro más usado. de modo que los componentes no tienen contacto. Una indicación de la potencia es dada por la subida en la temperatura del fluido pasando del orificio de entrada al de salida. Estrictamente hablando. un dispositivo de agitación. pero termistores y películas bolométricas también pueden ser calibrados por este método. Para medir las subidas de temperatura en un calorímetro usualmente se emplean termopilas. Funcionamiento: Antes de comenzar la medición. donde actúa como la carga. pero el uso de gases crea un problema adicional a causa del calor debido a la compresibilidad. CALOR ESPECÍFICO | 12 . y dos barras eléctricas de ignición de la muestra. Los calorímetros de flujo pueden manejar mayores potencias que los tipos estáticos. no es un medidor de potencia pero es un instrumento para determinar la eficiencia efectiva de un montaje bolométrico. termómetros de resistencia y algunas veces termistores. En la otra se pone una pequeña cantidad de los reactivos a analizar. Aire también puede ser usado. Características: Las versiones de guías de ondas utilizan como fluido de trabajo agua. el montaje bolométrico es insertado dentro del calorímetro. Bomba calorimétrica Está dividida en dos cámaras: En una de ellas se pone una cantidad conocida y determinada de agua pura. Fue originalmente inventado para la calibración de metal wire bolometers. 77 % CALOR ESPECÍFICO | 13 .05829 𝐸 (%) == | | 0.0147( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Plomo: 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 (𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) = 0. CONCLUSIONES Se comprobó el principio de la conservación de la energía. por lo que el medio influye en cierto modo en la temperatura de equilibrio y esto generar errores de cálculos al reemplazar en la formula y eso se evidencio en el caso del Cobre.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS VII.003( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Sin embargo. el cual establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del mismo sistema.0296 ± 0.083 𝐸 (%) = 29. pues no consideramos la pérdida de la temperatura del metal en el momento que se retira del sistema que le entrega calor para después sumergirlo en el sistema de prueba.211( ) 𝑔 ∗ °𝐶 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0. Aluminio: 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 (𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) = 0.009( ) 𝑔 ∗ °𝐶 Porcentaje de error del Cobre: 0. La tapa del calorímetro no es muy hermética. Determinamos valores que fueron aproximadas a los resultados esperados.05829 ± 0.031( ) 𝑔 ∗ °𝐶 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0.083( ) 𝑔 ∗ °𝐶 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 = 0.21438 ± 0. 𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒𝑚 (𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) = 0.083 − 0. estamos incurriendo a un error en los cálculos. Al momento de usar el mechero hacerlo con cuidado. RECOMENDACIONES Seguir los pasos al pie a la letra para evitar o al menos reducir el error porcentual que se crea en todos los experimentos. ya que podría alterar los resultados finales. y también debemos estar muy pendientes ya que la temperatura sube muy rápidamente. CALOR ESPECÍFICO | 14 . Asegurarse de haber apagado la válvula de gas antes de retirarse del laboratorio. No mover la muestra mientras esta dentro del recipiente con agua.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS VIII. es/palmero/docencia/calorimetro. Vol 1. 2009. 12ª ed. 2008.org/guias/caloresespecificos.us.cienciaredcreativa.UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS IX.eii.pdf CALOR ESPECÍFICO | 15 . http://aleph.pdf . . BIBLIOGRAFÍA . Madrid: Pearson Educación. . Física universitaria. Hidalgo M. Laboratorio de Física. http://www. Sears Zemansky. México: Pearson Educación.