Informe de física Nº 5
OBJETIVOS
Determinar la capacidad calorífica del calorímetro en forma experimental y
describir como esta afecta en el intercambio de energía del sistema.
Determinar el calor específico de los metales y comparar estos resultados con los de
la tabla periódica y ver la eficiencia en el experimento..
Yance Aranda, Israel
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Informe de física Nº 5
INSTRUMENTOS
Un calorímetro de mezclas.
Un termómetro.
Un mechero a gas.
Una olla para calentar agua.
Un soporte universal.
Un matraz de 200 ó 250 ml.
Una balanza.
2 piezas de materias sólido.
Agua.
Fig.1 Calorímetro
Yance Aranda, Israel
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Informe de física Nº 5
FUNDAMENTO TEÓRICO
La termoquímica es parte de una disciplina mucho más general denominada
termodinámica, que es el estudio científico de la interconversión del calor y de otras clases
de energía. Las leyes de la termodinámica constituyen útiles guías para el entendimiento de
la energética y dirección de los procesos.
Calor
Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contacto
térmico, después de un cierto tiempo, alcanzan la condición de equilibrio en la que ambos
cuerpos están a la misma temperatura. Supongamos que la temperatura del cuerpo A es
mayor que la del cuerpo B, TA>TB. Observaremos que la temperatura de B se eleva hasta
que se hace casi igual a la de A. En el proceso inverso, si el objeto B tiene una temperatura
TB>TA, el baño A eleva un poco su temperatura hasta que ambas se igualan.1
Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa
pequeña que está a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante está
próxima a la del sistema grande.
Decimos que una cantidad de calor Q se transfiere desde el sistema de mayor
temperatura al sistema de menor temperatura.
La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura T.
La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema.
Q=C·T
1
Sn., Determinación del calor específico de un sólido , en http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica
/otros/calorimetro/calorimetro.htm
Yance Aranda, Israel
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Informe de física Nº 5
Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que
está a mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que
ambas se igualan.
Si TA>TB
El cuerpo A cede calor: QA=CA·(T-TA), entonces QA<0
El cuerpo B recibe calor: QB=CB·(T-TB), entonces QB<0
Como QA+QB=0
La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada.
La capacidad calorífica de la unidad de masa se denomina calor específico c. C=mc.
La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de
la masa m del calor específico c y del cambio de temperatura.
Q=m·c·(Tf-Ti)
donde Tf es la temperatura final y Ti es la temperatura inicial.
El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de una
sustancia para que eleve en un grado centígrado su temperatura.
Joule demostró la equivalencia entre calor y trabajo 1cal=4.186 J. Por razones
históricas la unidad de calor no es la misma que la de trabajo, el calor se suele expresar en
calorías.
Yance Aranda, Israel
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Informe de física Nº 5
El calor específico del agua es c=1 cal/(g ºC). Hay que suministrar una caloría para
que un gramo de agua eleve su temperatura en un grado centígrado.
Calorímetro, son instrumentos que sirve para la determinación experimental de los
intercambios caloríficos.
El calorímetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de
calor con el medio ambiente.
Capacidad Calorífica del Calorímetro, es la cantidad de calor necesaria para variar
la temperatura del calorímetro en 1ºC.
Yance Aranda, Israel
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Informe de física Nº 5
DATOS
CALORIMETRO
Taf
Tac
Tm
Vaf
Vac
Capacidad Calorífica
21ºC
77ºC
47ºC
110ml
130ml
35 cal/ºC
PLOMO
Peso del el Metal (g)
98.1 g
Vaf
T1
T2
Tm
Calor Específico
160ml
23ºC
73.5ºC
36ºC
0.238cal/gºC
Vaf
T1
T2
Tm
Calor Específico
130ml
21ºC
76ºC
22ºC
0.238cal/gºC
ALUMINIO
Peso del el Metal (g)
16.84 g
Yance Aranda, Israel
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Informe de física Nº 5
CALCULOS Y RESULTADOS
Tenemos que cuando dos o mas cuerpos con diferentes temperaturas se juntan ocurre
entre ellos trasferencia de calor y por lo cual hace variar sus temperaturas llegando a
alcanzar una de equilibrio, en donde el calor perdido por los que tuvieron temperatura
mayor a la de equilibrio es igual al calor ganado por aquellos que tuvieron temperatura
menor a la del equilibrio.
Este calor es proporcional a la masa y a la variación de la temperatura, dicha es
constante llamada calor especifico es una propiedad para cada sustancia.
Para el calorímetro:
Qg = Qp
Qganado por el agua + Qganado por el calorímetro = Qcalor perdido por el agua caliente
Para los metales:
Qg = Qp
Qganada por el agua fría + Qganada por el calorímetro = Perdida por el metal
CALORIMETRO
Con los datos obtenidos, mediante la ecuación 1, calculamos la capacidad calorífica del
calorímetro.
Vac.(Tac – Tm) + Vaf.(Tm-Taf)
Cc =
(Tm-Taf)
... Ecuac 1
Obteniendo el siguiente resultado:
Cc
Yance Aranda, Israel
35Cal/°C
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Informe de física Nº 5
PLOMO
Con los datos obtenidos, realizando la ecuación 2, calculamos el calor específico del metal.
Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
Ce =
mplomo.(T2-Tm)
... Ecuac 2
Con los datos obtenidos experimentalmente, el valor experimental del calor específico del
plomo es:
Ce
0.0368Cal/g.°C
ALUMINIO
Con los datos obtenidos, y mediante la ecuación 3, calculamos el calor específico del
aluminio.
Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
Ce =
mplomo.(T2-Tm)
... Ecuac
... Ecuac
2 2
Con los datos obtenidos experimentalmente, el valor experimental del calor específico del
aluminio es:
Ce =
Ce
Yance Aranda, Israel
0.3076Cal/g.°C
... Ecuac 2
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Informe de física Nº 5
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
En las mediciones experimentales hay que tener sumo cuidado en las medidas de los
volúmenes y temperatura, para obtener resultados óptimos
Se comete un grado de error bastante alto en la medición del volumen del agua, este
se aminoraría si en el matraz llenáramos el agua con una pipeta.
Notamos que existe transferencia de calor, cuando dos o mas cuerpos con diferentes
temperaturas se juntan, llegando a establecerse una temperatura de equilibrio, donde
algunos de ellos reciben calor y otros pierden calor para tal fin.
En este experimento pudimos comprobar que el calorímetro recibe también calor al
variar su temperatura.
En los cálculos de los calores específicos de los metales se considera con la
capacidad calorífica del calorímetro hallada experimentalmente, es por ello que este
se debe hacer con mayor cuidado.
Hallando los valores de calor especifico de estos dos metales, pudimos comprobar
que son menores al del agua, generalmente esto se cumple para todos los metales.
En este experimento también pudimos notar que la densidad del plomo es mayor a
la del aluminio.
Yance Aranda, Israel
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