d - Universidad Interamericana de Puerto Rico

Universidad Interamericana de Puerto Rico
Recinto de Bayamón
Departamento de Ciencias Naturales y Tecnologías
LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE QUIMICA
Prof. Miller
NOMBRE.____________________________________ No. Est..___________________
Tema #6
Calor, Temperatura
-Objetivos Generales de esta unidad:
1.
Definir ciertos conceptos fundamentales de la unidad (Temperatura)
2.
Describir las escalas de temperatura y sus propiedades termométricas.
3.
Entender las leyes físicas relacionadas con el calor y métodos de
transferencias
4.
Determinar el calor especifico de un metal
5.
Aplicar las leyes de la física para la solución de problemas.
-Objetivos específicos:
Subtemas:
1.
El concepto de temperatura y su interpretación.
Los dispositivos con los cuales se mide la temperatura se denominan termómetros.
Hay termómetros de alcohol, mercurio, etc. El alcohol y el mercurio se expanden al
aumentar la temperatura
Escalas de temperaturas.
La escala Celsius. (propuesta en 1742 por el científico sueco Anders Celsius) coloca
el punto de congelación del agua pura a 0 grados Celsius, y el punto de ebullición a
100 grados Celsius. Esta escala también se le conoce como escala centígrada.
La escala Fahrenheit. Propuesta por el fisco alemán Gabriel Fahrenheit y estableció
como referencia las temperaturas de congelación y ebullición del agua pura a
presión de 1 atm son 32 grados Fahrenheit y 212.
La escala Kelvin o temperatura absoluta, es la mas importante en la ciencia. Su
unidad es llamada kelvin (K). los puntos de congelación y ebullición del agua son
273.15 k y 373.15 k respectivamente.
Hay una relación muy sencilla entre la temperatura Celsius Tc y la temperatura
absoluta (kelvin) T:
T  Tc  273 .15
9
F  C  32 cambios de grados Celsius a Fahrenheit
5
5
Cambios de grados Fahrenheit a Celsius.
C  ( F  32)
9
. Las moléculas de alta energía pierden energía (y su temperatura se reduce) en
estas colisiones, mientras que las moléculas de menor energía ganan energía (su
temperatura aumenta). Este intercambio de energía continua hasta que la mezcla de
los gases tenga la misma energía media. De esto llegamos a la conclusión de que al
poner en contacto dos cuerpos con distintas temperaturas, se transmite o fluye
energía del cuerpo más caliente al mas frió. La energía que se transfiere en una
situación como esta es lo que se denomina energía calorífica.
La energía calorífica es la energía que se transfiere de un cuerpo caliente a otro mas
frío como resultado de la diferencia de temperaturas entre ambos cuerpos.
cantidad de calor que debe fluir de o hacia una unidad de masa de una sustancia
para cambiar su temperatura en un grado se denomina calor especifico c de la
sustancia.
calor especifico  c 
Q
mT
Q  cmT
calor espeficico J / kg. C 0
se expresa en la siguienteunidad en el sistem a SI :
1cal / g.C  4184j / kg.c
Transferencia de calor.
Calorimetría.
El calorímetro es un dispositivo que aísla térmicamente los materiales para que
el calor no pueda fluir del material al ambiente o viceversa.
El thermos común es un calorímetro que evita que el calor fluya por la doble
pared de vidrio revistiendo las paredes con una capa metálica brillante y
creando vacío entre las paredes.
Como en un calorímetro no hay energía que fluya hacia adentro o hacia fuera
del recipiente, la ley de la conservación de la energía nos lleva a una conclusión:
si las ganancias de calor se consideran como cambios positivos y las perdidas de
calor como cambios negativos:
La suma de los intercambios de calor en el
calorímetro es cero.
En otras palabras, la energía total del sistema
aislado dentro del calorímetro no cambia.
Q sistema = q agua + q bomba + q metal
Qt = Qm + Qcal + Qw
Qt = 0
Qm + Qal + Qw = 0
Qm = -Qcal - Qw
mmcm (Teq  Tm )  mcal ccal (Teq  Tcal )  mwcw (Teq  Tw )
Despreciamos el calor que fluye al calorímetro y despejando la
siguiente ecuación para encontrar el calor especifico del metal
Ganancia de calor (por una parte del sistema) = perdida de calor (por otra parte
del sistema)
mmcm (Teq  Tm )  mwcw (Teq  Tw )
Donde:
mm - masa metal
Cm - calor especifico del metal
Teq – temperatatura de equilibrio en el calorímetro
Tm – temperatatura inicial del metal
Mw – masa del agua en el calorímetro
Cw - calor especifico del agua
Ejemplo. 100 g de un metal a una temperatura de 95 grados C es colocado en
un calorímetro de aluminio de 140 g que contiene 200 g de agua. Si la
temperatura inicial del agua y el calorímetro fue de 16 grados Celsius y luego la
temperatura final de todos los componentes en el equilibrio alcanzo a 20 grados
Celsius. calcular el calor especifico del metal.
Qt = Qm + Qal + Qw = 0
Qm = - Qal - Qw
mm C m (Teq  Tm)  mal C al (Teq  Tal )  m w C w (Teq  Tw )
(100g )(C m )(200 C  950 C )  140g (0.22 cal / g.C 0 )(200 C  160 C )  200g (1cal. / g 0C )(200 C  160
(7500g.0 C )C m  123 cal  800 cal
Cm 
 923 cal
  0.123 cal. / g. 0C
0
 7500 g. C
Desarrollo del experimento.
Procedimiento:
1. Pesamos un metal conocido que tenga forma cilíndrica o esférica.
2. Introducimos amarrado con hilo en un recipiente que contenga
agua
hirviendo aproximadamente a 98 o C por 15 minutos.
3. Preparamos el calorímetro para echarle agua a temperatura ambiente.
4. Introducimos en el calorimetro aproximadamente 80 ml de agua o una
cantidad suficiente para que el cilindro cuando se introduzca quede ahogado
en el agua.
5. Determinamos la masa del metal antes de introducirse a calentar y la masa
del agua que introducimos en el calorimetro y anotamos en nuestro reporte.
6. Anotamos la temperatura del agua ya en el calorímetro al momento antes de
introducir el metal caliente.
7. Luego introducimos el metal en el calorímetro y tomamos la temperatura más
alta que alcanzo el termómetro en el equilibrio agua, metal y calorímetro
antes de detenerse y empezar a bajar en la escala
8. Calcular el calor específico con la data obtenida.
Tabla de datos:
1
2
3.
4.
5.
6.
7.
Seleccione o Indique el tipo de
Cobre, hierro, plomo, aluminio, bronce…
metal
Masa del metal (gramos)
Temperatura del agua hirviendo con el metal
Masa inicial del agua en el calorímetro (vaso de foam y tapa)
Temperatura inicial del agua en el calorímetro (vaso de foam y tapa)
Temperatura en equilibrio del metal y agua en el calorímetro (vaso de
foam y tapa)
Calor especifico del metal
II.
Cálculos:
III.
observacion
IV.
Conclusión: