ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS

LABORATORIO DE FÍSICA B

CALOR ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS

NOMBRE: Christian Lindao Fiallos

FECHA DE ENTREGA: 29 de Julio del 2011

PARALELO 9

I TÉRMINO 2011 – 2012

1.- OBJETIVOS:

Calcular experimentalmente el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas.

2.- RESUMEN:

La semana pasada armé la práctica de Calor Específico de los Sólidos, donde verifiqué el valor del calor específico del hierro; para ello use un receptáculo metálico donde coloqué 50 gr de gránulos de hierro (los cuales medí con la balanza) y los calenté (a una temperatura cercana al punto de ebullición del agua), gracias al vapor de agua producido por un dispositivo de calor conectado al receptáculo por una manguera, mientras esperé que la muestra se calentará, coloqué 200 gr (200 mltrs) de agua en un calorímetro de aluminio y medí su temperatura inicial, luego esperé que el termómetro del receptáculo metálico se estabilizara en un valor aproximado al de ebullición del agua, luego coloqué (con ayuda de un embudo ) los gránulos de hierro en el calorímetro con agua, procurando hacer lo más rápidamente posible, justo después de ello cerré la tapa del calorímetro y agité el interior del calorímetro con un agitador, luego coloqué un termómetro en el calorímetro y esperé hasta que se estabilice en una temperatura, la cual fue la de equilibrio térmico para las 3 sustancias; después de realizar los cálculos respectivos obtuve un calor específico para los gránulos de hierro de 0.102 (Cal/gr-°C) arrojando un valor muy aproximado al teórico del calor específico del hierro que es 0.110 (Cal/gr-°C), produciéndose un porcentaje de error de aproximadamente 7.16%.

3.- INTRODUCCIÓN:

Calor específico, es 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 (kelvin o grado Celsius). Sus unidades son Calorías por gramos-Kelvin [cal/(g·K)].

Cantidad de Calor, es la energía que gana (Q>0) o pierde (Q<0) un cuerpo del sistema en el que está sumergido debido al cambio de su temperatura inicial. Sus unidades son las Calorías y viene representado por la fórmula:

Calor absorbido, es el calor que un cuerpo adquiere de otro y la cantidad que absorbe va a depender de la temperatura inicial que éste tenga

Calor cedido, es el calor que cede un cuerpo o masa a otro cuerpo o masa que depende de la temperatura de su temperatura inicial.

Equilibrio térmico, es cuando dos o más cuerpos se encuentran a la misma temperatura.

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Medición del calor específico de un sólido.

- Primero la profesora nos explicó el marco teórico sobre este experimento y también nos dijo unas recomendaciones al momento de armar el experimento, para quelas mediciones no tuviera un margen de error muy grande.

- Verifiqué que la balanza a usar en esta práctica estuviera encerada, luego medí con ella 5 partes de 10 gramos c/u de la muestra sólida de calor específico desconocido y luego coloqué los 50 gramos de la muestra sólida en el receptáculo de metal, procurando que la compuerta del receptáculo estuviese cerrada.

- Tapé la parte superior del receptáculo con una tapa especializada, que incluía un termómetro en su parte superior.

- Con un tubo plástico de medición máxima de 50 mltrs, coloqué el equivalente de 200 gramos de agua (200 mltrs) en el calorímetro de aluminio, (el cual tiene una masa total de 200 gramos), donde mezclé todas las muestras.

- Con la ayuda del termómetro del laboratorio, medí la temperatura inicial del calorímetro y el agua.

- Llené el tarro del dispositivo productor de calor con agua hasta la mitad de su capacidad total, y luego coloqué este tarro en el dispositivo, ajustándolo a presión.

- Verifiqué que la manguera de salida del receptáculo estuviese dentro de un recipiente de plástico para que el vapor saliente de este dispositivo no se condense en la mesa de trabajo.

- Encendí el dispositivo productor de calor y esperé que el termómetro de la tapa del receptáculo se estabilice en una temperatura muy cercana al punto de ebullición del agua (100°C), lo que significaba que toda la muestra sólida alcanzó una temperatura aproximadamente igual al punto de ebullición del agua.

- Con la ayuda de mis compañeros de trabajo, coloqué el calorímetro de aluminio debajo del receptáculo y vacié rápidamente (mediante un embudo) la muestra sólida en el calorímetro, abriendo rápidamente la compuerta del receptáculo y procurando que toda la muestra sólida se halla depositado en el calorímetro; posterior a eso, tapé rápidamente el calorímetro con su respectiva tapa para así evitar la pérdida de calor de la mezcla con el ambiente del laboratorio.

- Coloqué un termómetro en el calorímetro y con la ayuda del agitador del calorímetro mezclé las muestras para que el calor de la muestra sólida se distribuyera y así alcancen su temperatura de equilibrio térmico rápidamente.

- Esperé a que el termómetro del calorímetro se estabilizara, y en ese momento anoté la medida del termómetro que correspondía a la temperatura de equilibrio térmico.

- Llené la tabla de la práctica y realicé todos los cálculos y preguntas respectivas sobre la práctica.

5 .- RESULTADOS:

1. Observaciones y Datos

a) Medición del calor específico de un sólido

a1) Complete la tabla de datos mostrada.

Medí la masa, la temperatura inicial y la temperatura final de cada cuerpo (incluido la muestra sólida desconocida), y después de realizar los respectivos cálculos obtuve los siguientes resultados:

Agua Calorímetro SustanciaMasa

(200.0±0.5)gr (200.00±0.05)gr (50.00±0.05)gr

Calor Específico [1.000±0.005]Cal/gr °C (0.200±0.005) Cal/gr °C (0.102±0.005) Cal/gr °C

Temperatura Inicial(24.0±0.5) °C (24.0±0.5)°C (96.0±0.5)°C

Temperatura Final(Temperatura Equilibrio

Térmico)(25.5±0.5)°C (25.5±0.5)°C (25.5±0.5)°C

Para encontrar el calor específico de la muestra sólida desconocida realicé el cálculo que se muestra en el siguiente literal.

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

Cálculo del Calor Específico del Sólido desconocido:

Cálculo del Error para el Calor Específico del sólido desconocido:

Variable A:

Variable B:

Variable C:

Error Total:

Calor Específico del Sólido:

2. Análisis

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

Debido que el calor específico obtenido experimentalmente es , es

aproximadamente igual al calor específico del hierro que es , por lo tanto se concluye que el material esta hecho de 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.

c) Tomando en cuenta el aparato que utilizó, señale por qué no se obtuvo una concordancia exacta en la pregunta anterior.

Debido a que se perdió calor en la muestra sólida en el momento que la traspasé del receptáculo al calorímetro, ya que el sólido tendía a establecer un equilibrio térmico con el ambiente del laboratorio y cedió parte del calor que adquirió del vapor de agua al cual estuvo sometido.

d) ¿Por qué el agua y el hielo tienen diferentes calores específicos?

Es debido a que en estado sólido (hielo) necesita menos calor para elevar su temperatura mientras que en estado líquido (agua) necesita más calor para elevar su temperatura.

e) ¿Por qué se utilizan vasos de poliestireno para servir café? Explique.

Por tener una capacidad calorífica pequeña, lo que significa que tiene poca capacidad para almacenar calor y por ello se usa para servir café debido a que absorbe poco calor y mantiene casi intacta la temperatura del café y con ello la temperatura exterior del vaso (gracias a ello no nos quemamos al sostener un vaso con café).

6.- DISCUSIÓN:

En este experimento realicé dos pruebas, en la primera prueba con una temperatura inicial del calorímetro y el agua de 26°C obtuve una temperatura de equilibrio térmico de 27.5°C mientras que en la segunda prueba con una temperatura inicial del agua y el calorímetro de 24°C obtuve una temperatura de equilibrio térmico de 25.5°C; la temperatura de equilibrio térmico fue mayor en la primera prueba porque la temperatura del calorímetro y el agua era mayor, lo que significó que tenían una mayor concentración de calor que sumado al calor que absorbieron de los gránulos de hierro resultó en una mayor temperatura de equilibrio térmico. El calor específico que obtuve del primer experimento fue de 0.105 (Cal/gr-°C) mientras que del segundo experimento obtuve 0.102 (Cal/gr-°C), está casi igualdad se produjo porque para ambos experimentos se cumplieron los principios de equilibrio y conservación de la energía, ya que la elevación de temperatura para el calorímetro y el agua fue de igual magnitud para ambos experimentos (ΔT≈1.5°C) y se obtuvo calores específicos aproximadamente iguales al calor específico teórico del hierro (0.110(Cal/gr-°C)).

7.- CONCLUSIÓN:

En esta práctica pude comprobar que el calor específico para cada tipo de material no es igual para todos, ya que es una magnitud que depende esencialmente de las propiedades internas de cada sustancia ya que ello determina su dificultad o facilidad para aumentar de temperatura debido al calor al cuál estén sometidos.

Si una sustancia tiene un calor específico relativamente grande, significa que necesita absorber más calor para elevar su temperatura, en cambio si una sustancia tiene un calor específico relativamente pequeño, necesita de menos calor para poder elevar su temperatura representando así una facilidad para aumentar su temperatura, no así para la sustancia de calor específico mayor, el cuál necesitaría absorber más calor para elevar su temperatura la misma magnitud que la sustancia de menor calor específico.

Si disminuyo la temperatura inicial de un cuerpo y aplico la fórmula Q=cmΔT, obtendré una cantidad de calor negativo, lo que significa que la sustancia perdió o entregó una cantidad de calor al sistema en el cual se encuentra, no así un aumento de temperatura que me dará un valor positivo de calor, lo que significa que la sustancia ganó o absorbió una cantidad de calor del sistema donde se encuentra.

En esta práctica obtuve un calor específico para los gránulos de hierro de 0.102 (Cal/gr-°C), el cual fue un valor muy aproximado al valor teórico del calor específico del hierro que es de 0.110 (Cal/gr-°C), obteniéndose un error de aproximadamente 7.16%, lo que significa que la práctica es calificada como aceptable, y que hubo pequeñas irregularidades en el proceso experimental; una de posibles causas de este error fue la no rapidez (y con ello la pérdida de calor en el sólido) en el momento de traspasar los gránulos de hierro al calorímetro y sellarlo completamente, ya que en ese pequeño lapso los gránulos de hierro tendieron a establecer un equilibrio térmico con el ambiente del laboratorio, entregando parte de su calor (que absorbieron del vapor de agua) al ambiente, disminuyendo así la temperatura de equilibrio térmico de las 3 sustancias; otra posible causa fue que la muestra colocada en el calorímetro fue menor que la muestra calentada en el receptáculo metálico, ya que pudieron quedar algunos gránulos de hierro atrapados entre la compuerta del receptáculo metálico, alterando así el cálculo final del calor específico.

8.- BIBLIOGRAFÍA:

Guía de Laboratorio de Física B, 2011

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor

http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_t%C3%A9rmico