6Laboratorio 6 Calor Específico de x2

Ciencias Básicas y Aplicadas

Tecsup – P.F.R.

CIENCIAS BASICAS APLICADAS Practica de laboratorio Nº 6

INFORME: Integrante: _ _ Grupo: C12_A

Profesor: Rivera Medina Cristian Fecha de realización: 20 de abril Fecha de entrega: 26 de abril

2018 I I –

18

Tecsup – P.F.R.


PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 06 CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS

.

1. OBJETIVOS 1) Determinar el calor específico de un cuerpo sólido por el método de las mezclas. 2) Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta el software CapstoneTM.

3) Utilizar el software Capstone TM para verificación de parámetros estadísticos respecto a la información registrada.

2. MATERIALES o

Computador con programa PASCO Capstone instalado

o

Mordaza de mesa

o

Nuez Doble

o

Pinza Universal

o

Varilla de 60 cm

o

Cocina eléctrica

o

USB Link

o

Sensor de temperatura

o

Vaso calorímetro

o

Cuerpos metálicos 3 piezas

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

3.1. Calor específico. La medición de las cantidades de calor intercambiadas, proceso que se conoce como calorimetría, se introdujo en la década de 1970.los químicos de ese tiempo encontraron que cuando un objeto caliente , por ejemplo, un bloque de latón era sumergido en agua el cambio resultante en la temperatura del agua dependía de ambas masas y de la temperatura inicial del bloque .Observaciones ulteriores demostraron que cuando dos bloques similares a la misma temperatura inicial eran sumergidos en baños de agua idénticos, el bloque de masa mayor causaba un cambio mayor en la temperatura ;asimismo para dos bloques idénticos a temperatura diferentes, el bloque mas caliente originaba un cambio mayor en la temperatura del agua .Por ultimo, para bloques de la misma masa y temperatura inicial, pero de composición diferente, en cambio de temperatura era diferente para materiales diferentes. Podemos sintetizar estas observaciones describiendo los objetivos en términos de su capacidad calorífica , que es la cantidad de calor requerida de una misma sustancia para cambiar la temperatura de un objeto en 1ºC.

19


Tecsup – P.F.R.

Las cantidades de calor cedida o absorbida por masas de una misma sustancia son directamente proporcionales a la variación de la temperatura:

(1) También el calor cedido o absorbido por masas distintas de una misma sustancia, son directamente proporcionales a estas:

(2) Entonces el calor específico (c) de un sistema se define como:

(3) Donde dQ es la cantidad de calor intercambiada entre el sistema y el medio que lo rodea; dT viene a representar la variación de temperatura experimentada por el sistema de masas.

calor especifico , como suele llamarse, es el calor requerido por un material para elevar un grado de temperatura de una unidad de masa . Un material con calor específico elevado, como el agua, requiere La capacidad calorífica o simplemente

mucho calor para cambiar su temperatura, mientras que un material con un calor especifico bajo, como la plata, requiere poco calor específico para cambiar su temperatura. La cantidad de calor Q necesaria para calentar un objeto de masa “m” elevando su temperatura ΔT, esta dada por:

Q = mcΔT

(4)

Donde “c” es el calor especifico del material a partir del cual se ah fabricado el objeto. Si este se enfría, entonces el cambio en la temperatura es negativo, y el calor Q se desprende del objeto. Las unidades del calor especí fico son:

cal/g*ºC, J/Kg.*ºC o BTU /lb*ºF. La cantidad de calor transferida o absorbida por el sistema depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. 20

Tecsup – P.F.R.


El calor latente de cambio de estado de una sustancia, es la cantidad de calor que hay que suministrar a su unidad de masa para que cambie de un estado de agregación a otro, lo que hace a temperatura constante. Así el calor latente de fusión es el correspondiente al cambio de estado sólido a líquido, que tiene el mismo valor que en el proceso inverso de líquido a sólido. Una de las formas de determinar el calor latente de cambio de estado es por el método de las mezclas. Consiste en mezclar dos sustancias(o una misma en dos estados de agregación distintos) a diferentes temperaturas y presión constante, de manera que una de ellas ceda calor a la otra y la temperatura del equilibrio final es tal que una de ellas al alcanzarla, realiza un cambio de estado. Es una condición importante es que no haya perdidas caloríficas con el medio exterior. Esto lo conseguimos ubicando la mezcla en el calorímetro, que hace prácticamente despreciable esta pérdida calorífica hacia el exterior. Obviamente se ah de tener en cuenta la cantidad de calor absorbida por el calorímetro. Supongamos que la mezcla esta constituida por una masa m a, a temperatura Ta y otra m* de otro cuerpo a temperatura T* que supondremos mayor que T a y llamaremos ca al calor especifico del agua y c* al calor especifico del otro cuerpo. La mezcla adquirirá una temperatura de equilibrio Tx, para lo cual la masa m a a absorbido (ganado) calor y la masa m* a cedido (perdido) calor; ósea:

Q cedido = Q absorbido

(5)

m*c*(T*-Tx) = maca(Tx-Ta) + mccc (Tx-Tc)

(6)

Donde:

Tc = Tx; Tc es la temperatura del calorímetro. mc = masa del calorímetro. De donde podemos observar que si uno de los calores específicos es conocido además del calorimetro, entonces, el otro queda automáticamente determinado. Este es el fundamento del metodo de mezclas que conduce a la determinación del calor específico medido de un intervalo de temperatura de un rango amplio. De la ecuación anterior podemos obtener el calor específico de un calorimetro cuyo valor no se conoce, a partir de otras muestras o sustancias conocidas:

Cc = m*c*(T*-Tx) - maca (Tx-Ta) mc(Tx-Tc)

El calorímetro es un recipiente construido de tal forma que impide la conducción de calor a su traves. En la mayoría de los casos suele tener dobles paredes entre las que se 21


Tecsup – P.F.R.

ah 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, fue diseñado para el estudio de las mediciones en intercambio de calor.

EQUIPOS Y MATERIALES 

Computador con programa PASCO Capstone instalado

o

Nuez Doble

o

Varilla de 60 cm

22

Tecsup – P.F.R.

o

Cocina eléctrica

o

USB Link


23


o

Sensor de temperatura

o

Vaso calorímetro

o

Cuerpos metálicos 3 piezas

-

Aluminio

-

Cobre

Tecsup – P.F.R.

Plomo

24

Tecsup – P.F.R.


-

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Experiencia del calor especifico de sólidos. Ingrese al programa PASCO Capstone TM, haga clic sobre el icono tabla y gráfica y seguidamente reconocerá el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase USB Link. 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. 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. 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.

25


Tecsup – P.F.R.

Figura. 4.1. Primer montaje Inicie la toma de datos introduciendo 200 ml de agua en el calorímetro y oprimiendo el botón inicio en la barra de configuración principal de PASCO CapstoneTM. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la temperatura inicial Ti del sistema calorímetro, agitador y agua.

Al momento de medir la masa de agua que introducirá en el matraz cuide de no mojar la balanza. Coloque en el vaso precipitado 200 ml de agua, conjuntamente con el cuerpo y usando el mechero caliéntelo hasta que el agua hierva, de esta forma la temperatura T del cuerpo será la misma que la del agua hirviendo (100 °C aproximadamente). Oprima el botón CapstoneTM

inicio en la barra de configuración principal de

Rápida y cuidadosamente introduce el cuerpo dentro del calorímetro, agite el agua con el fin de crear corrientes de convección y distribuir el aumento de temperatura a todo el recipiente.

26

Tecsup – P.F.R.


Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la temperatura más alta registrada. Esta será la temperatura de equilibrio TEq. Repita el proceso hasta completar 2 mediciones, con 3 cuerpos metálicos diferentes y llene las tablas 4.1 y 4.2. Datos teóricos útiles:

c Al = 0.2250 cal/gr ºC cFe = 0.1146 cal/gr ºC cCb = 0.0577 cal/gr ºC c ACE = 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

TABLA 4.1. Calor específico de Hierro

27

Cobre Plomo Zinc


Tecsup – P.F.R.

Clase de metal usado

acero

Medición Capacidad calorífica del calorímetro C Masa del cuerpo metálico M Masa de agua Temperatura inicial del sistema Ti Temperatura inicial del cuerpo caliente T Temperatura de equilibrio TEq Calor especifico experimental Error porcentual E (%)

V bibliografico V exp erimental V bibliografico

Calor especifico teórico (Cal/g°C) 1

2

DESPRECIABLE

DESPRECIABLE

32.04g

32.04g

46.73g

46.73g

26.6 ºC

27.3ºC

97.6ºC

86ºC

28.7

25ºC

0.119cal/grºC

0.1309cal/grºC

3.83%

14.29%

100%

TABLA 4.2. Calor específico de Latón (Cu-Zn) Clase de metal usado Medición Capacidad calorífica del calorímetro C Masa del cuerpo metálico M Masa de agua Temperatura inicial del sistema Ti Temperatura inicial del cuerpo caliente T Temperatura de equilibrio TEq Calor especifico experimental Error porcentual E (%)

V bibliografico V exp erimental V bibliografico

Calor especifico teórico (Cal/g°C)

cobre 1

2

DESPRECIABLE

DESPRECIABLE

31.9g

31.9g

46.66g

46.66g

26.7ºC

26.7ºC

92ºC

88ºC

28.7ºC

27.5ºC

0.115cal/grºC

0.090cal/grº C 3.017%

23.92%

100%

TABLA 4.3. Calor específico de Aluminio

28

Tecsup – P.F.R.


5. CUESTIONARIO

5. 1 Sobre la Experiencia del calor especifico de sólidos. 5.1.1. ¿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 se podría calcular, pero dado que la temperatura en equilibrio seria entre 0 y 19 grados Celsius, no se notaría la diferencia de temperatura y sería muy poca precisión para calcular un Calor especifico preciso 5.1.2. ¿Podrías determinar el calor específico de una sustancia desconocida sin necesidad de hacer uso de una sustancia de referencia como el agua? Explica.

Sí, porque el calor especifico es: 

 = ∆

.

5.1.3. Si se triplicara el espesor de las paredes del calorímetro ¿Variaría el intercambio de calor?, explique su respuesta. No varía el intercambio de calor. Lo que hay entre las paredes del calorímetro es vacío y el vacío no conduce calor sin importar la distancia de vacío 5.1.4. ¿Qué viene a ser la energía calorífica absorbida por una sustancia cuando la temperatura es incrementada? Calor especifico

5.1.5. ¿Cuánto es el equivalente en agua del calorímetro? (M1 c +K)(T1 – T) = M2 c(T – T2) , Donde K equivalente en agua del calorímetro. K = 22.35gr 5.1.6. ¿Qué evidencia dan los resultados de esta experiencia para justificar que el agua tiene un calor específico más alto que los materiales considerados? Se ha podido observar que al calentar un metal hasta los 92 grados Celsius aproximadamente y meterlo en el calorímetro con agua a 20 grados Celsius aproximadamente, la temperatura de equilibrio es alrededor de 25 grados Celsius. Con esto podemos ver que se necesita más calorías para calentar el agua y que el metal pierde calorías más fácilmente. Notar que también influye la masa, pero no cambiara el principio.

29


Tecsup – P.F.R.

5.1.7. Si la temperatura del rollo de cobre hubiera sido 800 ºC ¿Cuál hubiera sido la temperatura de equilibrio de la mezcla?

1501(18 −  ) = 10.10.0931( − 80) →  = 23.49° 5.1.8. ¿Qué porcentaje de error has introducido al despreciar el equivalente en

agua del termómetro? El calor específico hallado tendría un valor mayor o menor al considerar el calor absorbido por el termómetro. Demuestra tu respuesta 5.1.9. La temperatura muy alta en la atmosfera puede ser de 700 oC. Sim embargo, un animal ahí se podría congelar y morir en vez de asarse. Explique

6. Aplicación a la especialidad. Se presentarán un mínimo de 2 aplicaciones del tema del laboratorio referido a su especialidad. 7. OBSERVACIONES 











Se debe tener mucho cuidado al movilizar los materiales ya que estos son muy delicados. (Calorímetro). La buena conexión de los sensores nos darán los resultados necesarios y precios, previa configuración. Se debe tener demasiado precaución con el uso de la cocina eléctrica ya que está podría causar quemaduras leves o hasta de grado fuerte. Al momento de realizar el experimento, es recomendable estar atento a todas las variaciones de temperatura ya que los medidores estarán en constante cambio y se debe observar la temperatura que lee el sensor. El procedimiento a seguir es sencillo, no obstante requiere de paciencia y criterio para realizarlo. Se observa que con el método de las mezclas analizaremos el calor específico de manera precisa.

8. CONCLUSIONES

El calor específico a una misma temperatura no es igual para todos los materiales. Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna al igual que para absorber energía ya que un aparte de la energía hace aumentar la rapidez

30

Tecsup – P.F.R.


de traslación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la temperatura Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y ∆T se consideran positivas, lo que corresponden a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y ∆T son negativas y la energía térmica fluye hacia fuera del sistema. El equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico por la transferencia de energía en este caso calor, para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica total del sistema se mantiene.

9. BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)

  

 

https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/spht.html https://es.wikihow.com/calcular-el-calor-espec%C3%ADfico Practica de laboratorio # 2. Realizada por Luis A Rodríguez Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A. Barcelona ( España); 1933

31

6Laboratorio 6 Calor Específico de x2

Recommend Documents