Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad
AlimentariaUniversidad NacionalMayor de San Marcos(Universidad del
Per, DECANA de Amrica)
ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS
INFORME N 10 DEL LABORATORIO DE FISICA
CALORES ESPECIFICOS Integrantes :
12160178CALSINA QUISPECONDORI, RICARDO
12160205VASQUEZ YRIGOYEN , STEVEN
12160046CUCHILLO QUISPE , MIRKO
972658INCA ESPINOZA , VICTOR
Profesor : CARLOS ECHELaboratorio N 10 : 24 de mayo del 2013
CALORES ESPECIFICOS
OBJETIVOS
Determinar el calor especfico de objetos slidos, mediante el
mtodo de las mezclas.
EQUIPOS Y MATERIALES
1 Equipo de calentamiento 1 Soporte universal 1 Calormetro de
mezclas 1 Probeta graduada 1 Balanza 1 Clamp 1 Varilla metlica 1
Termmetro Vaso de precipitado Muestras metlicas Agua FUNDAMENTO
TEORICO
La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la
misma sustancia es directamente proporcional a la variacin de la
temperatura T, ( T ).
(1)
Tambin, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero
de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa
m,
(2)
El calor especfico (c ) de un cuerpo se define como:
(3)
Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian
los cuerpos con el medio que lo rodea, mientras que dT es el
elemento de variacin de temperatura que experimenta los cuerpos.La
cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de
las condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente
experiencia se utilizar el mtodo de mezclas y el proceso de medida
se realizar a presin constante.
Mtodo de Mezcla
Cuando el intervalo de temperatura no sea muy amplio se utiliza
el mtodo de mezclas, el cual conduce a la determinacin del calor
especfico medio; aqu se hace uso del balance de energa.
Sea una porcin de agua de masa en un calormetro de masa , ambos
a la temperatura y otro cuerpo de masa a otra temperatura .
Llamemos ca al calor especfico del agua, calor especfico del
calormetro y al calor especifico del cuerpo.
Despus de un tiempo prudencial de haberse mezclado el agua con
el cuerpo el sistema adquirir una temperatura de equilibrio . Se
encuentra la ecuacin,
(4)
Conociendo el calor especfico del agua y del calormetro, el
calor especfico del cuerpo queda automticamente determinado.
PROCEDIMIENTO
MONTAJE - DETERMINACIN DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL
CALORMETRO
1. Monte el equipo como muestra el diseo experimental de la
Figura.2. Coloque en el calormetro una masa de 150 g de agua (para
la medida del volumen utilice la probeta graduada).3. Tome la
temperatura en el calormetro.4. Mida la masa de la primera muestra
cilndrica y complete la Tabla vaso (Dewar)calormetro
Tabla 1 ( Estao )
150 g
20
70.2
100
5. Deposite la muestra en el vaso de precipitados que contiene
500 ml de agua y somtala a la accin trmica, hasta que alcance la
temperatura de ebullicin.6.Deje hervir la muestra de 7 a 10
minutos.
7.Retire la muestra del agua caliente e introdzcala rpidamente
en el calormetro. Tpelo inmediatamente. Anote la temperatura en el
momento que llegue al equilibrio .8.Realice la misma operacin con
muestras de sustancias diferentes. Coloque en el vaso con agua en
hervor una muestra cada vez.9.Complete la Tabla 2 y determine el
calor especfico de las muestras. No olvide acompaar a cada valor su
error experimental.
Tabla 2
BloqueMuestra1 AlMuestra2 SnMuestra3 Cu
(C)202020
(C)100100100
(C)232324
(g)26.7 70.248.2
c
I. EVALUACIN
1. A partir de los datos de la tabla 2 y de la ecuacin (4) halle
los calores especficos de los bloques utilizados en la
experiencia.
MUESTRA 1MUESTRA 2MUESTRA 3
CALORES ESPECFICOS
2. Busque los valores tericos de los calores especficos de los
bloques trabajados en clase y halle el error porcentual con los
valores que Ud. hall en el laboratorio. Si el error le sale mayor a
10%, justifique por qu?
3. Qu es un calormetro? Descrbalo y explique cmo funciona.
Es un recipiente trmicamente aislante (sistema adiabtico) que
encuentra aplicacin para determinar experimentalmente calor
especfico desconocido. Existe un agujero donde se introduce un
termmetro que indica la temperatura antes de la mezcla y despus de
hacerla, en el equilibrio trmico.
4. Investigue cuntos tipos de calormetros hay en el mercado y
cules son sus usos de cada uno de ellos.
CALORMETROS El calormetro es un instrumento que sirve para medir
las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.
Es decir, sirve para determinar el calor especfico de un cuerpo, as
como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los
cuerpos. El tipo de calormetro de uso ms extendido consiste en un
envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo
para agitar y un termmetro. Se coloca una fuente de calor en el
calormetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el
aumento de temperatura se comprueba con el termmetro. Si se conoce
la capacidad calorfica del calormetro (que tambin puede medirse
utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energa
liberada puede calcularse fcilmente. Cuando la fuente de calor es
un objeto caliente de temperatura conocida, el calor especfico y el
calor latente pueden ir midindose segn se va enfriando el objeto.
El calor latente, que no est relacionado con un cambio de
temperatura, es la energa trmica desprendida o absorbida por una
sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de lquido
a slido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reaccin
qumica, como sucede al quemar un combustible, las sustancias
reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba.
Esta bomba se introduce en el calormetro y la reaccin se provoca
por ignicin, con ayuda de una chispa elctrica.
Un calormetro es un recipiente con dos cmaras. La primera cmara
tiene la reaccin que se quiere medir. La segunda cmara tiene un
volumen medido de agua. Estas dos cmaras estn separadas por una
pared de metal que conduce el calor de la reaccin con el agua sin
dejar que se mezclen. Ambos estn aislados por lo que el calor se
queda dentro del calormetro tanto como sea posible. Un termmetro
mide la temperatura del agua. El termmetro es sellado alrededor del
calormetro para evitar que el calor y el agua se escapen.
USO
Para utilizar el calormetro, un cientfico pondr una cantidad
precisa conocida de agua pura en la cmara de agua. La cantidad
puede variar, pero 100 mililitros (ml) es lo tpico. A continuacin,
lee y registra la temperatura del agua. Luego se dosifica la
cantidad exacta de productos qumicos que quiere estudiar, los pone
en la cmara de reaccin, y se cierra la tapa. Se observa el
termmetro muy de cerca por los cambios en la temperatura. A medida
que la reaccin qumica progresa, la temperatura va a subir o bajar.
Si sube, se alcanzar un valor mximo, luego disminuir. Lo contrario
tambin es vlido si la temperatura baja. Es importante tener en
cuenta la temperatura mxima o mnima.
CLCULO
Una vez que esta temperatura se encuentra, el cientfico
determina la energa de la reaccin de restar la temperatura inicial
de la final, y luego multiplicar por la cantidad de agua utilizada,
en este caso, 100 ml. Si la temperatura inicial es de 24C y la
final es de 26C, se obtiene (26 - 24) x 100 = 200 caloras. Puesto
que la temperatura subi, llamamos a esto una reaccin exotrmica,
desprendiendo calor. Si la temperatura baj, se lo llamara una
reaccin endotrmica, la absorcin de calor.
EL ROL DEL AGUA
El agua es la clave para hacer el trabajo calormetro. La
definicin de la calora se establece como la cantidad de energa que
eleva la temperatura de 1 ml de agua un grado Celsius. Que tambin
se le llama capacidad calorfica especfica del agua. Cuando el agua
se congela en hielo o hierve en vapor, la capacidad calorfica
especfica cambia. Pero en la medida que estamos tratando con el
agua lquida, podemos contar con la relacin.
Ventajas: alta precisin estabilidad de calibracin
Desventajas: baja velocidad de respuesta muy voluminosos
Tipos de calormetros: estticos no estticos Dryload calorimeter
microcalormetro calorimetro de flujo
otros tipos de calormetros calormetro adiabtico calormetro de
cambio de estado
CALORMETRO ADIABTICO
Los calormetros adiabticos, se construyen de tal forma que no
permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por
lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el
sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de
temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este
objetivo: 1. Cuando la generacin de calor es tan rpida, ninguna
cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda
durante el perodo en que se lleva a cabo la medida. 2. En el caso
de separar la celda de los alrededores con una resistencia trmica
RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida est
lo ms aislado posible. 3. Por medio de controles externos que hacen
que la temperatura de los alrededores sea siempre lo ms semejante
posible a la de la celda. Para cumplir con las condiciones
anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar
constituido por un recipiente empacado al vaco, como es el caso de
los vasos Dewar, por escudos metlicos que impidan la transferencia
de calor, por materiales plsticos de baja conductividad trmica o
por la combinacin entre varios de estos.
Durante la experiencia calorimtrica cualquier calor generado o
consumido en la celda lleva a un cambio en la temperatura. En los
calormetros adiabticos se presenta un control estricto en la
temperatura de los alrededores, lo que hace necesario el uso de
adecuados controles electrnicos que mantengan constante el
gradiente de temperatura entre la celda y los alrededores de tal
forma que el intercambio de calor entre estos sea lo ms pequea
posible, en teora nula.
CALORMETRO ISOPERIBLICO
Un calormetro isoperiblico mantiene constante la temperatura de
los alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que la
temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo.
Existe una resistencia trmica RT, de magnitud definida entre los
alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que
el intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura
entre estos (AT es igual a la temperatura de los alrededores y CT
igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como AT es
constante entonces el flujo de calor es una funcin de TC. Si la
generacin de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC
se aproxima a la temperatura de los alrededores TA. La siguiente
figura muestra un esquema de la disposicin de este tipo de
calormetros.
CALORMETRO DOUBLE DRY
Muchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el
cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de
referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre
las temperaturas de las dos cargas.
En teora los efectos de las fluctuaciones de la temperatura
externa se cancelan debido a la simetra, sin embargo si los
alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de
temperatura puede causar error.
El elemento de absorcin de la carga es usualmente un thin film
resistor, aunque dielctricos de bajas prdidas son usados para las
versiones de guas de ondas. El sensor de temperatura es montado en
el lado de afuera de la carga en una posicin donde no es
influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo
sta una de las caractersticas distintivas de un calormetro y es
esencial para su alta precisin.
4. CONCLUSIONES
En la prctica realizada se aplic la Ley de equilibrio Trmico a
sistemas termodinmicos tambin se comprob el principio de la
conservacin de la energa, el cual establece que la energa total
inicial de un sistema es igual a la energa final total del mismo
sistema. Recocimos al calor como energa, que es transferida de un
sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de
temperatura. Por esta razn, al poner los dos cuerpos en contacto,
el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro
hasta que se logra el equilibrio trmico, y afianzamos los conceptos
de calor, temperatura y calor especfico. Se puede ver tambin que
cada sustancia tiene un calor especifico distinto ya que en este
caso se tomaron 3 muestras distintas y se sometieron a las mismas
condiciones en el experimentales.
RECOMENDACIONES Se recomienda sumergir completamente la muestra
(cilindro) en el agua sin tocar los lados o el fondo del
recipiente, para evitar un calentamiento desproporcionado. El slido
debe permanecer al menos 7 minutos en el agua hirviendo para que
este alcance de manera uniforme la temperatura del agua es decir
100 C Se recomienda al momento de mezclar la muestra (cilindro) en
el agua a temperatura ambiente (calormetro ), esta operacin debe
ser rpida y se debe cerrar hermticamente el calormetro para evitar
errores al medir la temperatura de equilibrio.