FÍSICA EXPERIMENTAL II TRABAJO DE LABORATORIO

FÍSICA EXPERIMENTAL II
TRABAJO DE LABORATORIO NO 4
Calorimetría I
Objetivo: Medición del calor específico del cobre, bronce y aluminio utilizando el calorímetro
de las mezclas.
Introducción:
Se denomina calor específico c de una sustancia particular a la cantidad de energía que se debe
entregar a una muestra de esa sustancia para elevar su temperatura en 1 °C, por unidad de masa
de la muestra.
De acuerdo con esta definición, la cantidad de energía (o calor) ΔQ recibida o cedida por un
cuerpo de masa m para modificar su temperatura una cantidad ΔT estará dada por:
Q = c m ΔT
(1)
El calor específico, en general, varía con la temperatura. De todos modos, si los cambios de
temperatura son pequeños, c puede considerarse constante dentro del intervalo ΔT.
Calorímetro de las mezclas:
El calorímetro de las mezclas consiste en un recipiente, térmicamente aislado del medio
exterior, dentro del cual se coloca una cierta masa M de agua (ver fig. 1). Se introduce en el
calorímetro un cuerpo de masa m, cuyo calor específico se desea determinar, previamente
calentado a una temperatura Tc. El agua, inicialmente a temperatura Ti , absorberá calor
(asumiendo que Tc > Ti) hasta que la “mezcla” (agua y cuerpo) alcance el equilibrio térmico, en
el cual el agua y el cuerpo tendrán una temperatura final Tf. Asumiendo que el calor
intercambiado con el medio exterior es despreciable, el calor transferido por el cuerpo
(Qc=cm(Tc –Tf)) debe ser igual al calor absorbido por el agua (Qagua=caguaM(Tf –Ti)) y por el resto
del calorímetro (Qcal), de modo que podemos escribir:
c m (Tc –Tf) = cagua M (Tf –Ti) + Qcal
(2)
Equivalente en agua del calorímetro:
El equivalente en agua del calorímetro (π) es una cantidad que equivale a una masa de agua que
absorbería la misma cantidad de calor que el recipiente del calorímetro, el sensor de temperatura
y todo otro accesorio que se encuentre dentro del recipiente, en contacto con el agua. Esta
cantidad puede determinarse experimentalmente como se describe más adelante. Por lo tanto,
podemos evaluar la cantidad de calor absorbido por el calorímetro de la siguiente manera:
Qcal = cagua π (Tf –Ti)
(3)
Finalmente, a partir de las ecs. (2) y (3) se puede determinar el valor del calor específico del
cuerpo en función de cantidades medidas directamente, del equivalente en agua del calorímetro
y del calor específico de agua:
c = c agua
( M + π ) (T f − Ti )
m
(Tc − T f )
(4)
Procedimiento:
Determinación del equivalente en agua del calorímetro:
Se introduce una masa M de agua (aproximadamente 200g) en el calorímetro y se mide su
temperatura (Ti) en función del tiempo. Luego, sin dejar de medir la temperatura del agua
contenida en el calorímetro, se coloca una masa de agua m (aproximadamente 50g) previamente
calentada a una temperatura Tc (aproximadamente 80oC). Se continúa midiendo la temperatura
del agua del calorímetro hasta que alcance un valor de equilibrio. Luego, utilizando las ecs. (2)
y (3) podemos determinar el valor de π:
π =m
(Tc − T f )
(T f − Ti )
−M
(5)
Determinación del calor específico de un cuerpo sólido:
El procedimiento es similar al descrito para determinar el valor de π. Al cuerpo se lo puede
calentar a la temperatura de ebullición del agua. Utilizando la ec. (4) se determina su calor
específico.