Equivalente en agua y calor específico

Física II Biol. En Acuicultura
Ms. José Castillo Ventura
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
PRACTICA DE LABORATORIO DE FISICA II
N° 02
EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO Y CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO
Objetivo.- Determinar el equivalente en agua de un calorímetro mediante el método de las mezclas
y el calor específico de un sólido compararlo con cantidades conocidas.
PRIMERA PARTE
F.teórico.- El calor específico de una sustancia, se le define como la capacidad calorífica por unidad
de masa, esto es, la capacidad que tienen las sustancias para absorber o ceder calor del
medio que les rodea. Se le representa mediante la ecuación:
c=
Q
m∆T
1
El "equivalente en agua" viene a ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el
mismo calor que el calorímetro"
Para calcular el equivalente en agua del calorímetro, k, es necesario considerar los
aportes de calor de las sustancias intervinientes: agua fría, calorímetro, agua caliente:
Qcal + Q af + Q ac = 0
2
Donde:
Qcal= Calor del calorímetro.
Qaf= Calor del agua fría
Qac= Calor del agua caliente.
k c e (t 3 − t1 ) + m1 c e (t 3 − t1 ) + m 2 c e (t 3 − t 2 ) = 0
3
Tal que el calor específico del sólido es:
k=
m2 (t 2 − t 3 )
− m1
(t 3 − t1 )
Donde:
t3 = temperatura de la mezcla
t2 = temperatura inicial del agua caliente
t1 =temperatura inicial del agua fría
m1=masa del agua fría
m2 masa del agua caliente
MATERIAL Y EQUIPOS.
01 calorímetro.
01 termómetro de -10 °C a 110 °C
01 soporte de metal.
01 probeta de 50 ml.
01 balanza electrónica
01 cocina eléctrica
1
4
Ms. José Castillo Ventura
Física II Biol. En Acuicultura
PROCEDIMIENTO
Se coloca en el calorímetro una masa m1 de agua a temperatura ambiente, tal que cubra
aproximadamente la tercera parte del calorímetro, luego medimos su temperatura como t1
- Previamente se calculó la masa del calorímetro.
- Se calienta una masa m2 de agua hasta su punto de ebullición, calculando previamente su
temperatura t2.
- Cuidadosamente introducir el agua caliente en el calorímetro, agitando la mezcla suavemente,
hasta alcanzar su punto de equilibrio, procurando anotar la temperatura, t3, hasta antes que
empiece a descender.
- Haciendo uso de la ecuación 4 determina el equivalente en agua del calorímetro utilizado.
Depósito de Al
Aislante
Muestra de agua
caliente
Muestra de agua
fría
Cocina con agua caliente
SEGUNDA PARTE
A través del método de mezclas se determinará el calor específico de un sólido, para ello
se considerará la influencia de tres elementos: el agua fría, el calorímetro y el sólido
caliente, así tenemos que, para calcular el calor específico del sólido haremos uso de la
ecuación:
Q cal + Q af + Q sc = 0
5
Donde:
Qcal= Calor del calorímetro.
Qaf= Calor del agua fría
Qsc= Calor sólido caliente.
Tal que el calor específico del sólido es:
c2 =
c1 k (t 3 − t1 ) + c1 m1 (t 3 − t1 )
m2 (t 2 − t 3 )
Donde:
k = Equivalente en agua del calorímetro.
m1= masa del agua fría
t1= temperatura inicial del agua fría
t1 =temperatura inicial del calorímetro
c1=calor específico del agua
t1= temperatura inicial del calorímetro
c2 = calor específico del sólido
m2 =masa del sólido
t2= temperatura inicial del sólido
t 3 = temperatura de la mezcla
2
6
Ms. José Castillo Ventura
Física II Biol. En Acuicultura
PROCEDIMIENTO
- Haciendo uso del equivalente en agua del calorímetro, se deposita una cantidad similar de
agua fría al interior del calorímetro.
- Se toma la temperatura inicial del agua fría (t 1 ), la cual coincide con la temperatura inicial del
calorímetro.
- Se Calienta 100g de agua en el vaso de precipitado, hasta una temperatura t2, la cual deberá
coincidir con la temperatura inicial del sólido caliente. Coloca en el interior del vaso de
precipitados la muestra sólida correspondiente (Pb ) ,controla la temperatura del sólido antes
de salir del agua caliente . Cuando se encuentre cerca a 100 ºC retira la muestra caliente y
cuidadosamente introdúcela en el calorímetro.
- Ten cuidado de introducir rápidamente la muestra sólida en el calorímetro a fin de evitar
pérdidas de calor, teniendo en cuenta que el sensor tome contacto con la mezcla agua-cuerpo
sólido.
- Haciendo uso de la ecuación 6 determina el calor específico del sólido.
- Repite el proceso anterior para las otras dos muestras de sólidos solicitadas.
Depósito de Al
Aislante
Muestra sólida
Cocina con el sólido
CUESTIONARIO
1.- Demuestra la ecuación 3, para el equivalente en agua del calorímetro.
2.- Haz uso del cálculo estadístico para determinar el error experimental, determinando las fuentes
probables.
3.- ¿Es posible determinar el calor específico del calorímetro, con los datos adquiridos? De ser
posible, ¿Cuál sería la ecuación correspondiente?
4.- Demuestra la ecuación 6, para el calor específico del sólido.
5.- Grafica la variación de la temperatura versus el tiempo para el agua caliente y el sólido a
temperatura ambiente en el cálculo del calor específico del sólido.
6.- Haz uso del cálculo estadístico para determinar el error experimental.
7.- Compara los resultados experimentales hallados de las muestras trabajadas, con los datos
existentes en tablas y determina los márgenes de error respectivos.
3