ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL

LITORAL.

INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS.

LABORATORIO DE FÍSICA B.

TEMA: “Calor Específico de los Sólidos”

NOMBRE: Christian Contreras Rocha.

PARALELO: 17

PROFESOR: Ing. Richard Piloso.

FECHA DE ENTREGA: 21 de Julio de 2011.

RESUMEN

Para la presente práctica utilizaremos los materiales descritos en la Guía de Laboratorio de Física B para calcular el calor específico de los sólidos con su respectiva diferencia relativa. Los datos necesarios para llevar a cabo la experiencia serán las masas, calores específicos, temperatura inicial y temperatura final del agua y el calorímetro.

Mediante la ecuación descrita en el folleto que determina que la suma algebraica de las cantidades de calor debe ser igual a cero, luego de los respectivos despejes podremos encontrar una expresión que determine la cantidad de calor que dependerá de la masa de agua, del hierro, y del calorímetro además de las variaciones de las temperaturas.

En caso de seguir las instrucciones y realizar un correcto cálculo con las mediciones obtendremos valores cercanos al calor específico del sólido desconocido, deberemos estar entre una diferencia relativa entre 2 al 8%.

INTRODUCCIÓN

Nuestro objetivo será calcular experimentalmente el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La temperatura es una propiedad que tienen los cuerpos, para determinar si están o no en equilibrio térmico con otros. Los instrumentos diseñados para medir la temperatura se los conoce con el nombre de “termómetros”. Para elevar la temperatura de un cuerpo se le debe añadir calor y la cantidad de calor (Q) requerida es proporcional a la masa m del cuerpo y a la elevación de la temperatura ón de la temperatura ∆T.

Q∝m

Q∝ (T 2−T 1 )ó∆T

Para convertir esta expresión en una ecuación, introducimos el valor de la constante c.

Q=mc∆T

Esta constante c, es una constante de proporcionalidad y se la denomina “CALOR ESPECÍFICO”. Se define como calor específico de una sustancia a la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado Celsius la temperatura de 1 g de dicha sustancia.

Puesto que el calor es una forma de energía, se podría expresar esta energía en el sistema de unidades métrico, y también en el sistema de unidades británico.

Sist .Métrico .Calorías

g . C❑o

Sist .Británico .Btu

lib . F❑o

Método de las mezclas.- este método consiste en el equilibrio y conservación de la energía, puesto que si se mezclan dos cuerpos de distinta temperatura, se tendrá que el calor que cede un cuerpo es igual al calor que gana el otro cuerpo.

Una muestra de sólido en la forma de gránulos finalmente divididos, se calienta en un receptáculo de metal cerca del punto de ebullición del agua, los gránulos calientes son puestos rápidamente dentro de un calorímetro, que contiene una masa conocida de agua fresca. A partir de las masas conocidas, de la elevación de la temperatura del agua y de la mezcla, se puede calcular el calor específico de un sólido.

PROCESO EXPERIMENTAL

MATERIALES

Calorímetro Termómetro Botella térmica Muestra sólida Receptor metálico Agua Agitador

PROCEDIMIENTO

Para determinar el calor específico de un sólido tendremos que realizar los siguientes pasos en forma ordenada.

1. Calculamos mediante mediciones directas la masa del calorímetro, del agua, y de la muestra.

2. Llenamos de agua el envase el cuál será calentado para generar el vapor que será el encargado de elevar la temperatura de la muestra sólida hasta los 93 grados Celsius.

3. Calentamos el envase hasta lograr que el agua adquiera la temperatura indicada por el profesor.

4. Al llegar a la temperatura propuesta verter la muestra sólida en un calorímetro.5. Esperar que transcurran 5 segundos para tomar la temperatura que indique el

termómetro ubicado en el calorímetro, consideraremos a esta temperatura como la de equilibrio.

6. Reemplazamos datos en la ecuación planteada para determinar el calor específico de los sólidos.

CÁLCULO DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO

1. Observaciones y datos

a) Medición del calor específico de un sólido

a1) Completar la tabla de datos mostrada RESULTADOSComplete la tabla de datos mostrada

agua Calorímetro SustanciaMasa(gr) (50±1 ) 200±1 (50±1 )

Calor específico(cal/gr.ºC) (1,00±0,01) 0,20±0,01 0.116 ± 0,027 Temperatura inicial(ºC) 25 25 91Temperatura final(ºC) 29 29 29

a2) Obtenga e calor específico de la muestra sólida utilizada en esta práctica

C3=(m1c1+m2c2 ) (T E−T1 )

m3 (T 3−T E )

C3=[ (50∗1,00 )+(200∗0,20 ) ]+ [19−25 ]

50 (91−29 )

C3=0,116cal

gr . C❑o

Cálculo del error del calor específico de la muestra sólida.

∆C3=|∂C3

∂m1

∆m1|+|∂C3

∂c1

∆c1|+|∂C3

∂m2

∆m2|+|∂C3

∂c2

∆c2|+|∂C3

∂m3

∆m3|∆C3=|[1,00+(200∗0,20 ) ]+ [19−25 ]

50 ( 91−29 )(1 )|

+|[ (50 )+(200∗0,20 ) ]+[ 19−25 ]50 ( 91−29 )

(0,01 )|+|[ (50∗1,00 )+(0,20 ) ]+ [ 19−25 ]

50 ( 91−29 )(1 )|

+|[ (50∗1,00 )+(200 ) ]+[ 19−25 ]50 (91−29 )

(0,01 )|

+|[ (50∗1,00 )+(200∗0,20 ) ]+ [ 19−25 ]502 (91−29 )

(1)|∆C3=0,011291+0,000271+0,0142581+0,000787+0,000542

∆C3=0,0271491

2. Análisisa) De acuerdo a los resultados obtenidos, ¿De qué material está hecha la muestra?

Explique.La muestra utilizada en la práctica fue el Hierro.

b) Encuentre la diferencia relativa entre el valor teórico y el valor experimental del calor específico de la muestra. Utilice la diferencia % = (Teo – Exp)(100%)/Teo

%=|(Teo−exp)Teo |∗100=|(0,113−0,116)

0,113 |∗100=2,65 %

c) Tomando en cuenta el aparato que utilizó, señale por qué no se obtuvo una concordancia exacta en la pregunta anterior.Debido a la variación de la temperatura de la sustancia, y que no se tomó la temperatura en el tiempo indicado por el profesor.

d) ¿Por qué el agua y el hielo tienen diferentes calores específicos?Esto se debe a las características físicas del agua en estos dos estados, lo que indica es que se necesita menor cantidad de calorías para aumentar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua en el hielo comparándolo con el agua.

e) ¿Por qué usan vasos de poliestireno para servir café?Porque es una material que presenta mayor calor específico lo cual le da la característica de ser un excelente aislante de temperatura.

ConclusionesDeterminamos el calor específico de un material sólido (Hierro en este caso) utilizando la ecuación descrita en la Guía de LaboratorioCalculamos el error del calor específico el cual demuestra que tan cerca estuvimos de la medición teórica, diversos factores como la baja temperatura del curso debido a los aires acondicionados tuvieron que ver en esta desviación. Determinamos entonces que una sustancia en estado sólido tiene menor calor específico que el líquido.Calor específico tiene que ver con la cantidad de energía requerida para elevar un grado (ºC) la temperatura de un gramo de sustancia.La temperatura de dos sustancias diferentes (hierro y madera por ejemplo) si se encuentran en el mismo medio, tendrán la misma temperatura aunque el sentido del tacto indique que el una de las dos esté mas fría. Esto se debe a la conductividad térmica de las sustancias.

BibliografíaGuía de Laboratorio de Física B Revisión II, del Instituto de Ciencias Físicas de la

Escuela Superior Politécnica del litoral.