UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per,
DECANA DE AMERICA)FACULTAD DE MEDICINAEscuela Acadmico Profesional
de Enfermeram
LABORATORIO DE FISICA APLICADA A LA SALUD
Profesor de Laboratorio: Eduardo custodio chung
TEMA 7CALOR ESPECFICO
Integrante: Curo Ordoez Liliana Falcn corzo Vanessa lucia Quiroz
romero kerly Mendoza Tllez Mara Yanqui huillca milagros
1. PRESENTACION
En el siguiente trabajo se realiza la determinacin de la
densidad de un slido y de un lquido haciendo uso del principio de
Arqumedes y utilizando agua destilada, alcohol, ron y agua con sal
como lquido de referencia de densidades conocidas. El enunciado del
principio de Arqumedes nos dice que todo cuerpo sumergido en un
fluido, experimenta un empuje (fuerza) vertical hacia arriba igual
al peso del fluido desalojado.Basndonos en dicho principio podemos
calcular la densidad de un slido sumergindolo totalmente en un
lquido de densidad conocida, con la ayuda de una balanza y teniendo
en cuenta que en este caso el volumen del cuerpo y el del lquido
desalojado son elementalmente iguales.Este informe contiene un
resumen del desarrollo de la prctica, se hizo de diferentes mtodos
para determinar la densidad de materiales y slidos para llevar a
cabo la densidad de estos.
2. RESUMEN CALORIMETRA: Es la ciencia encargada de las
mediciones del calor que se transfieren los cuerpos en aquellos
fenmenos donde la temperatura juega un papel importanteCALOR
ESPECIFICO: El calor especfico de un cuerpo se define como el calor
necesario para elevar en 1 C la temperatura de la unidad de masa
del mismo. As, el calor especfico del agua lquida es 1 Kcal/C.Kg, y
esto significa que 1 Kg de agua debe recibir 1 Kcal para elevar su
temperatura en 1 C. En realidad, el calor especfico es una funcin
de la temperatura (no es lo mismo variar la temperatura en 1 C
cuando el cuerpo est muy caliente que cuando est fro), pero en esta
prctica las variaciones de temperatura experimentales sern lo
suficientemente pequeas como para justificar que tratemos los
calores especficos como constantes.El calor en si no es una forma
de energa. Los cuerpos no tienen calor; el calor no es una funcin
de estado; es una energa interna (trmica). El calor es el proceso
por el que se transfiere parte de dice energa interna de un sistema
a otro, con la condicin que estn a diferente temperatura. 1 cal =
4.18 Joule 1 joule =0.24 calTeniendo en cuenta esta definicin de
calor especfico propio de un cuerpo o un sistema Ce podemos deducir
que el calor absorbido o cedido por un cuerpo de masa m cuando su
temperatura vara desde una temperatura T1 hasta otra T2 (T = T2 -
T1) vendr dado por la expresin:3. Q = mCeTSi un sistema
termodinmico sufre una variacin de temperatura a volumen constante,
absorbe una cantidad de calor directamente proporcional a esta
variacin de temperatura.Para varias sustancias o cuerpos:
Para tres cuerpos involucrados:
O para la prctica:
4. INTRODUCCION
Este laboratorio parte del hecho de que si transferimos la misma
cantidad de energa en forma de calor a diferentes materiales, el
cambio de temperatura es diferente en cada material, es decir los
cambios observados en cada material dependen de su capacidad
calorfica. Si tomamos el agua como sustancia de referencia,
podremos saber el calor especfico de otro material, al colocarlos
en contacto trmico. Calor especfico es la cantidad de calor, en
Joule o Caloras requeridos para elevar la temperatura del
material.En calorimetra se utiliza el calormetro para aislar los
materiales que sern puestos en contacto trmico y al medir masas y
cambios de temperatura se puede determinar el calor especfico de un
material. Partiendo de un anlisis de las transferencias de energa
en forma de calor que se presentan dentro del calormetro, podremos
determinar el calor especfico. En esta laboratorio en primer lugar
determinaremos el calor especfico del material del que est hecho el
vaso interior del calormetro (usualmente es de aluminio) suponiendo
que conocemos su valor para el caso del agua. En una segunda fase
determinaremos el calor especfico de algn material slido, conocidos
los valores para el agua y el material del calormetro, los cuales
se obtendrn utilizando la ecuacin experimental.
Despus de este laboratorio podremos contrastar nuestros
resultados con los valores tericos de los calores especficos del
cuerpo solido que se emplearon en este laboratorio y podremos
calcular el error porcentual en comparacin con los valores
experimentales.
5. FUNDAMENTO TEORICOEl calor es la transferencia de energa
desde un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura hasta otro de
menor temperatura. Cuando ambos cuerpos igualan sus temperaturas se
detiene la transmisin de energa.El calor siempre se transfiere
desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura,
independientemente de sus tamaos relativos.Unidades de medida del
calorEl calor se mide en unidades de energa. Por tanto, en el
Sistema Internacional su unidad es el julio (J). Sin embargo, la
unidad tradicional para medir el calor es lacalora (cal). La
equivalencia es:1 cal = 4,184 J 1 J = 0,24 calEl calor puede ser
transferido entre objetos por diferentes mecanismos: ConduccinEl
proceso por el que se transmite calor de un punto a otro de un
slido se llamaConduccin.
En la conduccin se transmite energa trmica, pero no materia. Los
tomos del extremo que se calienta, empiezan a moverse ms rpido y
chocan con los tomos vecinos transmitiendo la energa trmica.
ConveccinLa conveccin es el proceso por el que se transfiere energa
trmica de un punto a otro de un fluido (lquido o gas) por el
movimiento del propio fluido.
Al calentar, por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del
fondo se calienta antes, se hace menos densa y sube, bajando el
agua de la superficie que est ms fra y as se genera un proceso
cclico.En la conveccin se transmite energa trmica mediante el
transporte de materia RadiacinLa radiacin es el proceso por el que
los cuerpos emiten energa que puede propagarse por el vaco.La
energa que los cuerpos emiten por este proceso se llamaEnerga
radiante. Por ejemplo, la Tierra recibe energa radiante procedente
del Sol, gracias a la cual la temperatura del planeta resulta idnea
para la vida.
Todos los cuerpos radian energa en funcin de su temperatura.
Cuanto mayor sea la temperatura, mayor ser la energa de la radiacin
que emiten.Las radiaciones se clasifican, de menor a mayor energa
en:
CALOR ESPECFICOSe define como la cantidad de calor necesaria
para elevar la temperatura de la unidad de masa de un elemento o
compuesto en un grado. En el sistema internacional sus unidades
sern por tanto Jkg-1K-1.El calor especfico del agua es de 4180
Jkg-1K-1.Teniendo en cuenta esta definicin de calor especfico
propio de un cuerpo o un sistema Cepodemos deducir que el calor
absorbido o cedido por un cuerpo de masa m cuando su temperatura
vara desde una temperatura T1hasta otra T2(T = T2- T1) vendr dado
por la expresin:Q = mCeTEl mtodo de las mezclas se fundamenta en la
utilizacin de un calormetro, un recipiente que permite un alto
aislamiento trmico de cualquier sustancia contenida en su interior.
En el interior de este recipiente, se mezclar el etanol fro con
agua caliente, de modo que se podr afirmar que el calor recibido
por la sustancia fra para calentarse es igual al calor cedido por
la sustancia caliente para enfriarse:Qganado = QcedidoComo ya se ha
comentado en la introduccin, cada flujo de calor puede calcularse
como el producto de la masa por el calor especfico por el
incremento de temperatura (Q = m c T). En adelante, vamos a
utilizar el subndice 1 para hacer referencia al fluido inicialmente
fro (etanol, de calor especfico desconocido) y el subndice 2 para
el fluido inicialmente caliente (agua, de calor especfico
conocido).
Ambos incrementos de temperatura se han considerado positivos
(T2>Te>T1), puesto que al hablar de calor ganado y calor
cedido el criterio de signos es innecesario. En esta ecuacin, la
nica incgnita es c1, puesto que el calor especfico del agua es
conocido, las masas de ambos fluidos se determinan antes de
realizar la mezcla, y todas las temperaturas (de ambos fluidos
inicialmente y de la mezcla de ambos al final) se han de determinar
experimentalmente. Vayamos ahora un paso ms all. Hasta aqu habamos
considerado que el calor cedido por el agua equivala al recibido
por el etanol. En realidad, hay un tercer elemento tomando parte en
el intercambio de calor: el propio calormetro. Considerar al
calormetro como un elemento que cede o que toma calor depende del
procedimiento experimental que se siga. Supongamos que decidimos
introducir en el calormetro el fluido caliente en primer lugar. En
ese caso, el calormetro tomara la temperatura del fluido caliente y
consideraramos que el conjunto de ambos cedera calor al fluido fro.
As pues, la aportacin del calormetro se debera tener en cuenta de
este modo:
Donde se ha considerado que el calormetro cede calor y que el
incremento de temperatura que sufre es el mismo que el que sufre el
fluido caliente. Al aadir la aportacin del calormetro, se hace
necesario determinar experimentalmente su masa mc. Adems, se nos
suma una nueva incgnita: el calor especfico del calormetro cc. Para
determinarla, se debe llevar a cabo la calibracin del calormetro.
Esta calibracin consiste en el mezclado de fluidos de c conocidos
(por ejemplo, agua fra y caliente), de modo que la nica incgnita en
esta ltima ecuacin sea cc. Una vez aplicada la ecuacin y
determinado este valor, c1 pasar a ser la nica incgnita de la
ecuacin. Por lo tanto se podr determinar c1, mezclando agua
caliente con etanol fro y aplicando el valor determinado de cc.
6. DETALLES EXPERMENTALESEl procedimiento experimental llevado a
cabo tuvo comoobjetivoprincipal calcular lafuerzade empuje que
ejercen los lquidos sobre los cuerpos slidos sumergidos. Esta
fuerza se puede explicar debido a que lapresinen un fluido aumenta
con la profundidad, es decir que es mayor la presin hacia arriba
que un objeto experimenta sobre la superficie inferior que la
presin hacia abajo que experimenta sobre la superficie superior,
por consiguiente la fuerza resultante, conocida como fuerza de
empuje o fuerza boyante se dirige hacia arriba.Para esta
experiencia fue necesario emplear los siguientes equipos
ymateriales: Una cocinilla (para elevar la temperatura de lamuestra
a analizar) un soporte universal (para sostener el cuerpo sumergido
en agua) un calormetro demezclas (donde mezclamos elagua y la
muestra) una probeta (para medir el volumen de aguaa utilizar) una
balanza (para determinar la masa del calormetro de lasmuestras) un
termmetro (para medir la temperatura del agua yde la muestra y la
temperatura de equilibrio) un vaso deprecipitado (donde calentamos
la muestra)Se determin la masa del calormetro y de las muestras.
Masa del calormetro: 70.5
Masa de muestra 1: 77,3 (cobre)
Masa de muestra 2: 23 (aluminio)
Masa de muestra 3: 64,5 (plomo)
Masa de muestra 4: 41,8 (desconocido)
Se tom la temperatura del calormetro que contieneagua y de la
muestra (staestando sumergida en agua hirviendo) y se obtuvo la
temperatura inicial:
93C (cobre) 94C (aluminio) 95C (plomo) 95C (desconocido)
Luego se introdujo la muestraen el calormetro, establecindose el
equilibrio y se obtuvo la temperatura final:
28C (cobre) 26C (aluminio) 25C (plomo) 25c (desconocido
7. RESULTADOS
TABLA 8.1 Nombre del solidoMasa de aguaMa(g)Masa del solido ms
(g)Masa del calormetroMc (g)Temperatura inicial del aguaTos
(C)Temperatura inicial del calormetroTos (C)Temperatura inicial del
solidoTos (C)Temperatura de equilibrioT (C)
Cobre15077.370.523C23C93C28C
Aluminio1502370.523C23C94C26C
Plomo15064.570.523C23C95C25C
desconocido15041.870.523C23C95C25C
NOMBRE DEL SOLIDOCe (cal/g C)Mtodo del calormetro (cal/g
C)Valo0res tericos% E
Cubre0.1640.09278%
Aluminio0.310.21444%
Plomo0.0730.031135%
desconocido0.11
% E= * 100COBRE% E= * 100=78%ALUMINIO% E= * 100=44%PLOMO% E= *
100=135%
8. RECOMENDACIONES
comprobar el principio del calor ganado y el calor medido debido
a la frmula de equilibrio trmico. - El mtodo directo y experimental
para conocer el Calor Especifico de cualquier cuerpo es sencillo
pero se necesita de una destreza y una habilidad para cometer
mnimos errores.
9. BIBLIOGRAFIA
http://fisicayquimicaenflash.es/eso/4eso/e_termica/e_termica03.html
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema3/tema3.htm
http://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Determinaci%C3%B3n_del_Calor_espec%C3%ADfico_de_un_solido_por_el_M%C3%A9todo_de_las_Mezclas_%28Fis_1520%29
10. CUESTIONARIO
1. cules son las principales dificultades encontradas al
realizar la prctica?
En esta prctica se maneja agua hirviendo y metales muy calientes
que alcanzan rpidamente temperaturas prximas a 100C. Si se trabaja
de manera descuidada o imprudente se pueden producir quemaduras
serias.
2. A partir de la tabla 8.1 y utilizando la ecuacin 8.3
encontrar el calor especifico de los cuerpos slidos
utilizados.Nombre del solidoMasa de aguaMa(g)Masa del solido ms
(g)Masa del calormetroMc (g)Temperatura inicial del aguaTos
(C)Temperatura inicial del calormetroTos (C)Temperatura inicial del
solidoTos (C)Temperatura de equilibrioT (C)Calor especificoCe
(cal/g C)
Cobre15077.370.523C23C93C28C0.164
Aluminio1502370.523C23C94C26C0.31
Plomo15064.570.523C23C95C25C0.073
desconocido15041.870.523C23C95C25C0.11
= 0,214=1 Cobre
= 70.5*0.214*(23-28) + 150*1*(23-28)/77.3(93-28)=0.164
Aluminio=70.5*0.214*(23-26) + 150*1*(23-26)/23(94-26)=0.31
Plomo=70.5*0.214*(23-25) + 150*1*(23-25)/64.5(95-25)=0.073
Desconocido=70.5*0.214*(23-25) + 150*1*(23-25)/41.8(95-25)=0.11
3. Busque los valores tericos de los cuerpos slidos que se
utilizaron en el laboratorio y calcules el error porcentual en
comparacin con los valores experimentales
Cobre: 390 Aluminio: 880Plata: 235
Error porcentual:
Cobre: 74 %
- Aluminio: 31%
Plata: 21%
4. Tratar las clases de calormetro
El calormetro es un instrumento que sirve para medir las
cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.
Tipos de calormetros:
1. CALORMETRO ADIABTICO: No permite el intercambio de energa en
forma de calor entre la celda y los alrededores. Es un sistema
aislado que permite hacer la relacin calor generado y diferencia de
temperatura. Existen 3 mtodos que evitan el intercambio de calor
entre el sistema y los alrededores: La generacin rpida de calor, el
uso de una resistencia trmica, el control de la temperatura de los
alrededores.
2. CALORMETRO ISOPERIBLICO: La temperatura de los alrededores
permanece constante , mientras que la temperatura del sistema varia
con el tiempo. Se usa una resistencia trmica de magnitud definida
entre la celda y los alrededores. El intercambio de calor depende
de la diferencia de temperaturas de los alrededores y de la
celda.
3. BOMBA CALORIMTRICA: Est dividida en dos cmaras; en una de
ellas se pone una cantidad conocida y determinada de agua pura, en
la otra se pone una pequea cantidad de los reactivos a analizar.
Ambas cmaras estn separadas por una pared metlica, de modo que los
componentes no tiene contacto. Se pone tambin un termmetro, un
dispositivo de agitacin y dos barras elctricas de ignicin (ocurre
cuando el calor que emite una reaccin llega a ser suficiente como
para sostener la reaccin qumica) de la muestra.
4. CALORMETRO DE TITULACIN ISOTRMICA: Puede determinarse la
constante de equilibrio, la estequiometria y la entalpa de
interacciones entre dos molculas en disolucin. Con frecuencia, esas
molculas son una protena y un ligando.
5. CALORMETRO DE CARGA SECA: Consiste en una carga trmicamente
aislada donde se disipa la potencia, una lnea de transmisin poco
conductora del calor que conecta la entrada con la carga y un
termmetro. Este calormetro usa el principio de carga dual, en el
cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de
referencia. Es necesario que los alrededores tengan un gradiente de
temperatura constante.
5. mediante que proceso se transmite el calor entre los cuerpos
dentro del calormetro.Defina la temperatura de equilibrio
Loscalormetrosse utilizan para aislar del ambiente las
sustancias y realizar, de esta forma, experimentos en los que se
produce una variacin de temperatura. Un calormetro consta de un
recipiente que contiene agua y que est provisto de una tapadera con
dos orificios, a travs de los cuales se introduce un agitador y un
termmetro. El recipiente est envuelto por un aislante trmico que
reduce al mnimo las prdidas de energa al exterior.Equilibrio
trmicoCuandodos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en
contacto trmico, intercambiarn energa hasta que ambos alcancen el
equilibrio trmico. Equilibrio significa que aunque los dos cuerpos
puedan intercambiar energa a nivel microscpico, dicho intercambio
tiene lugar en ambas direcciones, no habiendo en promedio
intercambio neto en ninguna de las dos.
6. Que materiales son buenos y malos conductores de calorEl
calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos.
Existen los denominados "buenos conductores del calor", que son
aquellos materiales que permiten el paso del calor a travs de
ellos. Los "malos conductores o aislantes" son los que oponen mucha
resistencia al paso de calorBuenos Conductores:* Aluminio.* Cobre.*
Oro.* Plata.
Malos conductores:* Vidrio.* Amianto.* Fieltro.* Porcelana.
7. Segn los resultados de la tabla 8.1, podra predecir los
materiales desconocidos utilizados
11. CONCLUSIONES Y O SUGERENCIAS
En este laboratorio se ha podido comprobar que el calor
especfico para cada tipo de material no es igual para todos, ya que
esto depende esencialmente de las propiedades internas de cada
sustancia ya que ellos determina su dificultad o facilidad para
aumentar de temperatura debido al calor al cual estn siendo
sometidos.
Si una sustancia tiene un calor especifico relativamente grande,
significa que necesita absorber ms calor para elevar su
temperatura, en cambio si una sustancia u objeto tiene calor
especfico relativamente pequeo, necesita de menos calor para poder
elevar su temperatura representando as una facilidad para aumentar
su temperatura.
La sustancia de mayor calor especfico necesitara absorber ms
calor para elevar su temperatura.