FIQT - UNI

201

Calor específico de sólidos

FÍSICA II FI-204/BALUMNOS :

DAMACIO TUCTO

Gianmarco

HUANGAL FRANCIA

Manuel

JIMÉNEZ VEGA Isamar

PROFESOR :

ING. GABRIEL ALTUNA ING. CISNEROS

GRUPO : F4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

Facultad de IngenieríaQuímica y

Textil

Calor específico de sólidos 1

I. OBJETIVOS Hallar la capacidad calorífica del calorímetro. Con ayuda de esta calcular el calor específico de algunos sólidos: Hierro (Fe),

Aluminio (Al) y Plomo (Pb). Demostrar que el calor perdido por un cuerpo es equivalente al calor ganado

por otro.

II. FUNDAMENTO TEÓRICOCALORIMETRIALa calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un calorímetro. La calorimetría indirecta calcula el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.

TEMPERATURA Y ENERGIA INTERNAA cualquier temperatura sobre el cero absoluto, los átomos poseen distintas cantidades de energía cinética por la vibración. Ya que los átomos vecinos colisionan entre sí, esta energía se transfiere. Aunque la energía de los átomos individuales puede variar como resultado de estas colisiones, una serie de átomos aislados del mundo exterior tiene una cantidad de energía que no cambia porque va pasando de átomo a átomo. Conceptualmente, la energía promedio por átomo puede calcularse dividiendo la energía total por el número de átomos. Aunque no conocemos la energía total de los átomos de un objeto, podemos medir el efecto de esa energía cinética promedio - se trata de la temperatura del objeto. Un aumento en la energía cinética promedio de los átomos del objeto se manifiesta como unaumento de temperatura y viceversa.Si un objeto se aisla del resto del universo, su temperatura se mantendrá constante. Si la energía entra o sale, la temperatura deberá cambiar. La energía moviéndose de un

| Física II

Calor específico de sólidos 2

lugar a otro se llama calor y la calorimetría usa las mediciones de los cambios de temperatura para registrar el movimiento de calor.

CALOREn física, el calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.

CAPACIDAD CALORIFICA | Física II

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La capacidad calorífica de una sustancia es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1 ºC su temperatura. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Se suele designar con las letras C o c.Tabla de Calor

Material Específico (Ce) Kcal/kg.°C kJ/kg.K

Aceite de OlivaAceroAgua

AlcoholAlpaca

AluminioAntimonio

AzufreBronceCadmio

Carbón MineralCarbón Vegetal

CincCobaltoCobreCromoEstaño

Eter etílicoFenol

GlicerinaHierro

Ladrillo Refractario

LatónManganeso

MercurioMica

NaftalinaNíquel

0,400 0,1101,000

0,6000,095 0,2170,050 0,1790,086 0,0560,310 0,2010,093 0,1040,093 0,1080,060 0,540

- 0,5800,113 0,2100,094 0,1100,033 0,210

- 0,1100,031

1,675 0,4604,183 2,5130,398 0,9090,210 0,7500,360 0,2341,300 0,8400,389 0,4350,389 0,4520,250 2,261

- 2,4300,473 0,8800,394 0,4600,138 0,880

-

0,4610,130

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OroParafina

PlataPlatinoPlomoPotasioTolueno

Vidrio

0,7780,056 0,0310,031

0,019

0,380

0,200

3,2600,235 0,1300,130 0,080

1,590

0,838

EQUILIBRIO TERMICO

Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. Esta definición requiere además que las propiedades físicas del sistema, que varían con la temperatura, no cambien con el tiempo. Algunas propiedades físicas que varían con la temperatura son el volumen, la densidad y la presión.

El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura.Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura.

Dos sistemas (entiéndase por sistema a una parte del universo físico) que están en contacto mecánico directo o separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor (también llamada superficie diatérmica), se dice que están en contacto térmico. Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente.

Consideremos además que estos sistemas estan colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico.

El concepto de equilibrio térmico puede extenderse para hablar de un sistema o cuerpo en equilibrio térmico. Cuando dos porciones cualesquiera de un sistema se encuentran en equilibrio térmico se dice que el sistema mismo está en equilibrio térmico o que es térmicamente homogéneo. Experimentalmente se encuentra que, en

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un sistema en equilibrio térmico, la temperatura en cualquier punto del cuerpo es la misma.

III. EQUIPO Un calorímetro

de mezclas (un termo)

Un termómetro Un mechero a gas Una olla para calentar agua Un soporte universal Un matraz de 200 ó 250 mL Una balanza 3 piezas de material sólido (aluminio, hierro y plomo) Agua

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS OBTENIDOS

1. Determinar la capacidad calorífica (o equivalente del agua) del calorímetro:- Coloque dentro del calorímetro una cantidad made agua a temperatura menor que

la del ambiente.- Dejé que se establezca el equilibrio y medir la temperatura de equilibrio Ta

- Caliente agua en la olla a una temperatura Tby colocar una cantidad mbde esta agua en el calorímetro

- Medir la nueva temperatura de equilibrio T

2. Calor específico de sólidos:- Colocar una cantidad made agua en el calorímetro y deje que se establezca el

equilibrio- Mida la temperatura Ta

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- Sumergiéndolo en agua caliente, eleve la temperatura del sólido hasta una temperatura Tb

- Sumerja el cuerpo a temperatura Tb dentro del agua a temperatura Ta y mida la temperatura de equilibrio T.

- Repetir estos pasos para los dos siguientes metales.

V. CÁLCULOS Y RESULTADOS.

1. Determinación de la capacidad calorífica de un calorimetro:

Masa de agua fría ma(gr)

Masa de agua caliente mb(gr)

Temperatura de agua fría Ta(C°)

Temp. agua caliente Tb(C°)

Temperatura de la mezcla

150 150 23.5 78 50150 150 24.5 76 49

Para los primeros datos:Q ganado=Q perdido

Ceagua×ma×∆T+C×∆T=Ceagua×mb×∆T1×150× (50−23.5 )+C× (50−23.5 )=1×150× (78−50 )

C=14.15cal /C°

Para la segunda fila de datos:Q ganado=Q perdido

Ceagua×ma×∆T+C×∆T=Ceagua×mb×∆T1×150× ( 49−24 .5 )+C× ( 49−24.5 )=1×150× (76−49 )

C=15.31cal /C°Calculamos el promedio:

C=14.73cal /C°

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2. Calor específico:a) Muestra # 1

Masa de agua fría ma(gr)

Masa del metalmb(gr)

Temperatura del metal Tb(C°)

Temp. agua fría y calorímetro Ta(C°)

Temperatura de la mezcla

120 92.3 100 24.5 26

Q ganado=Q perdido

Ceagua×ma×∆T+C×∆T=CePb×mb×∆T1×120× (26−24.5 )+14.73× (26−24.5 )=Ce×92.3× (100−26 )

Ce=0.0296cal / g .C °

b) Muestra #2

Masa de agua fría ma(gr)

Masa del metal mb(gr)

Temperatura del metal Tb (C°)

Temp. agua fría y calorímetro Ta (C°)

Temperatura de la mezcla

120 155 100 24 33

Q ganado=Q perdido

Ceagua×ma×∆T+C×∆T=CeFe×mb×∆T

1×120× (33−24 )+14.73× (33−24 )=CeFe×155× (100−33 )

CeFe=0.117cal /g .C °

VI. CONCLUSIONES El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es

representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular.

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Vemos que en el equilibrio se iguala los valores del calor perdido por un cuerpo al calor ganado por otro cuerpo, cuando hay diferencia de temperaturas, transfiriendo el calor del cuerpo de mayor temperatura al de menor, hasta llegar a una temperatura de equilibrio.

El calor específico cuanto más grande sea se necesita de mayor energía para aumentar en un grado su temperatura.

VII. BIBLIOGRAFÍA Física Universitaria – Sears Zemansky – Undécima edición Física II - Navarro Taipe – Capítulo I

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