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Lab 2Capacidad Calor Ã fica y Calor Espec Ã fico

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Asignatura

teorias de la personalidad

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Católica del Norte Fundación Universitaria

Año académico: 2021/2022

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2. Capacidad Calorífica y Calor Específico

2 Objetivos

2.1 General

Realizar un análisis experimental del calor especifico para algunos materiales.

2.1 Específicos

Medir la capacidad calorífica de un calorímetro, que permita calibrar el sistema de medición. Determinar el calor especifico de distintos materiales sólidos. Establecer a partir de los valores de Calor Especifico experimental y teórico, el correspondiente porcentaje de error en cada material.

2 Referentes Conceptuales y Marco Teórico

2.2 Capacidad Calorífica

Los diversos materiales y sustancias requieren distintas cantidades de calor para elevar en un grado su temperatura, debido a que cada uno absorbe energía de diversas formas. Mientras 10 g gramo de agua requiere 10 calorías de energía para aumentar su temperatura en 1 ◦C; solo se necesita 1 , 25 calorías para elevar 1 ◦Cen 10 gde hierro. Es decir, que para un mismo cambio de temperatura, el agua absorbe más calor que el hierro.

Es importante recordar que desde un punto de vista microscópico la energía absorbida, aumenta la rapidez del movimiento (vibración) de las moléculas, y su efecto macroscópico se evidencia en el aumento de temperatura.

La capacidad calorífica de cualquier sustancia se define como la cantidad de calor absorbido o cedido, requerida para cambiar 1 ◦Cla temperatura de dicha sustancia.

[C] =

[

Q

∆T

]

=

[

cal K

]

(2)

12 Capítulo 2. Capacidad Calorífica y Calor Específico

La capacidad calorífica tiene unidades de calorías por grados Kelvin en el sistema internacional, sin embargo para nuestra práctica de laboratorio usaremos unidades de calorías por grado centígrado:

[C] =

[

Q

∆T

]

=

[

cal ◦C

]

(2)

2.2 Calor Específico

El calor especifico es una propiedad de cada material o sustancia y puede expresarse por la relación entre la capacidad calorífica por unidad de masa. El calor específico de denota con la letra (c) minúscula.

Q ∆T m

(2)

El calor específico es el incremento de la energía térmica cuando 1 kgde la sustancia au- menta su temperatura en 1 K.. Por tanto sus unidades en el sistema internacional son

[

J kg·K

]

, sin embargo para facilitar los cálculos en esta práctica de laboratorio usaremos las siguientes unidades:

[c] =

[

Q

m·∆T

]

=

[

cal g·◦C

]

(2)

En la tabla 2 se muestra el calor específico del algunas sustancias en[gcal·◦C].

Material Calor específico[gcal·◦C] Agua 1 Aluminio 0 , 896 Bronce 0 , 092 Cobre 0 , 092 Concreto 0 , 22 Plomo 0 , 031 Vidrio 0 , 093

Cuadro 2: Calor Específico de Materiales

2 Actividades Previas al Laboratorio

Use sus apuntes de clase, lecturas adicionales, referencias bibliográficas propuestas en esta guía y/o adicionales, para contestar en forma adecuada las situaciones relacionadas con la capacidad calorífica, calor especifico y calor propuestas a continuación:

Explique la diferencia entre Calor y Temperatura.
Explique la diferencia entre Calor y Energía Interna.
Explique la diferencia entre caloría y Caloría.
Explique si la temperatura es la medida de la energía cinética total de una sustancia.

14 Capítulo 2. Capacidad Calorífica y Calor Específico

NOTA: Procure no permitir que el agua hierva (llegue al punto de ebullición (± 90 ◦C).

Baje el vaso de precipitado de la estufa, teniendo cuidado de no agitarlo mucho y mida con mucho cuidado la temperatura del agua caliente (T 2 ), inmediatamente viértala en el interior del calorímetro, mezclándola con el agua fría.

Figura 2: Medición Temperatura

Espere un tiempo prudencial para que la temperatura del sistema calorímetro - agua fría - agua caliente, llegue al equilibrio. Puede utilizar el agitador para acelerar un poco el proceso. Tan pronto se estabilice la medida del termómetro registre el valor de la temperatura de equilibrio Teen la tabla 2.

Figura 2: Medición Temperatura sistema Agua Caliente - Agua Fría - Calorímetro

Determine la capacidad calorífica del recipiente con ayuda de la ecuación:

Qcalorimetro+QH 20 f ria−QH 20 caliente= 0 (2)

C·∆T+ce·mH 2 O f ra·∆T=ce·mH 2 Ocaliente·∆T (2)

2 Procedimiento 15

T 1 (◦C) mH 2 Ofría T 2 (◦C) mH 2 Ocaliente Te(◦C)

Cuadro 2: Datos Experimentales Capacidad Calorífica del Calorímetro

2.5 Determinación del calor especifico de diferentes elementos

Antes de iniciar con este procedimiento, juagué con agua fría el vaso interior del caloríme- tro y seque todos los elementos muy bien. Esto con el fin de evitar la propagación de errores experimentales.

Mida la masa de 100 mlde agua con ayuda de la gramera (mH 2 Ofría). Como se observa en la figura 1.

Figura 2: Medida de la masa de 100mlde agua.

Coloque los 100mlde agua en el interior del calorímetro.
Mida la temperatura del sistema agua - calorímetro(T 1 ).
Mida la masa del sólido del cual desea determinar el calor especifico.(Ms).
Coloque el sólido en el interior del vaso precipitado y vierta agua en el interior del mismo de tal forma que esta cubra TOTALMENTE el sólido.
Coloque el sistema vaso precipitado - sólido en la estufa.

NOTA: Permita que el sistema llegue al punto de ebullición.

Baje el vaso de precipitado y espere un momento que el agua deje de burbujear (es importante para no tener errores en la medida de la temperatura), mida la temperatura del agua caliente (T 2 )como se observa en la figura 7. Recuerde que la temperatura del sólido y del agua caliente será la misma ya que se encuentran en equilibrio termodinámico.

2 Análisis Cuantitativo y Cualitativo 17

T 1 (◦C) mH 2 Ofría T 2 (◦C) ms Te(◦C)

Cuadro 2: Datos Experimentales para determinar el Calor Especifico del Material 2.

T 1 (◦C) mH 2 Ofría T 2 (◦C) ms Te(◦C)

Cuadro 2: Datos Experimentales para determinar el Calor Especifico del Material 3.

T 1 (◦C) mH 2 Ofría T 2 (◦C) ms Te(◦C)

Cuadro 2: Datos Experimentales para determinar el Calor Especifico del Material 4.

2 Análisis Cuantitativo y Cualitativo

¿Esperaba que el calor especifico de los tres elementos fuera igual?
Determine el porcentaje de error del calor específico determinado experimental respecto al valor teórico consignado en la tabla 2 para cada material.
Realice un análisis de las discrepancias encontradas en el calculo teórico y experimental del calor específico en cada material.
Explique ¿Por qué es necesario la calibración del calorímetro?. Sino se realizara ¿Aumentaría o se reduciría el porcentaje de error?.

2 Referencias

R Hewitt, Paul. Física Conceptual. Ed Pearson, México (2007)

R Tipler, P. Física Vol 2. Ed Reverté, México, (1985)

R Sears, F.- Zemansky, Mísica Universitaria II. Ed Pearson, México (1999)