método de callendar

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DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DEL
AGUA (MÉTODO DE CALLENDAR)
Objetivo: El objetivo de la práctica es la determinación de la capacidad calorı́fica
del agua.
Método: Por el interior del calorı́metro tipo Callendar circula una corriente de agua
a flujo constante, que se calienta mediante una resistencia eléctrica conectada a una
fuente de alimentación en corriente alterna.
Al cabo de un cierto tiempo se alcanza un régimen estacionario y la temperatura
de salida del agua, t2 , permanece constante. Se lee esta temperatura, ası́ como la
temperatura de entrada del agua, t1 , y la potencia que se disipa en la resistencia, W .
Por último, se determina el flujo de agua φ que circula por el calorı́metro recogiendo
en un vaso la masa m que sale del Callendar en un tiempo τ (φ = m/τ ).
Teorı́a: Una resistencia eléctrica alimentada con una potencia, W durante un
tiempo τ disipará en forma de calor una energı́a Q = W τ . En régimen estacionario
el calor disipado en la resistencia se emplea en calentar el agua que circula por el
calorı́metro, que entrará a una temperatura t1 y saldrá a una temperatura t2 , de tal
forma que “absorberá” una cantidad de energı́a dada por:
Q = m cp (t2 − t1 ).
(1)
Parte de la energı́a cedida por la resistencia se pierde. Denotemos por P las pérdidas
por unidad de tiempo. Igualando la energı́a suministrada por unidad de tiempo a
la absorbida más las pérdidas, resulta que:
W =
m
cp (t2 − t1 ) + P = cP φ(t2 − t1 ) + P
τ
(2)
Procedimiento: En la figura se indica la disposición de los instrumentos.
El flujo de agua que circula por el calorı́metro dependerá de la diferencia de
altura (presión hidrostática) entre el frasco de Mariotte (o vaso de nivel constante)
y el propio calorı́metro. Por tanto, el flujo φ se puede variar colocando el frasco de
Mariotte a más o menos altura. Debe comprobarse que los flujos que se están obteniendo son sustancialmente distintos. Suelen obtenerse mejores resultados usando
valores pequeños de flujo, usualmente: φ ≈ 1 − 3 g s−1 . Debe evitarse en todo
momento la formación de burbujas de aire en el interior de calorı́metro y en el tubo
de entrada. Una vez fijado el flujo (posición del frasco de Mariotte), se conecta la
fuente de alimentación, midiendo la potencia disipada W . Una vez alcanzado el
régimen estacionario (cuando la temperatura t2 se mantiene estable), se anota la
diferencia de temperaturas t2 − t1 , y se mide el flujo de agua, recogiendo durante
un tiempo τ el agua que sale del calorı́metro en un vaso y midiendo su masa m. Se
obtiene de este modo un par experimental {W, φ · (t2 − t1 )}.
A continuación se incrementa la potencia suministrada y se toman de nuevo
todos los datos. Se repite hasta medir unas cuatro potencias. Posteriormente se
varı́a el flujo de agua, cambiando la altura del frasco de Mariotte, y se repite la serie
de medidas. Se suelen medir tres flujos y cuatro potencias para cada flujo, hasta
obtener unos 12 pares experimentales.
A continuación se representan gráficamente los puntos experimentales obtenidos
{W, φ·(t2 −t1 )}. En virtud de la ecuación (2), se realiza un ajuste lineal por mı́nimos
cuadrados de W frente al producto φ · (t2 − t1 ). De la pendiente obtenida del ajuste
se determina la capacidad calorı́fica del agua cp ; de la ordenada en el origen, las
pérdidas P .
Resultados:
1. Tablas de valores W, φ =
m
, t1 , t2
τ
para todas las medidas.
2. Representación gráfica de los puntos W frente a φ · (t1 − t2 ), junto con la recta
de ajuste por mı́nimos cuadrados.
3. Obtención de la capacidad calorı́fica cp y las pérdidas P .
Cuestiones:
1. Representando todos los puntos experimentales en una sóla gráfica, obtener
un valor promedio de cP y compararlo con el valor tabulado.
2. Haciendo gráficas distintas para cada flujo y para cada potencia, discutir en
qué medida las pérdidas y los valores obtenidos para cP dependen del flujo y
de la potencia utilizados.
3. Analizar el efecto de la variación de la temperatura media a la que se realiza
el experimento sobre el valor obtenido para cP .