Práctica 3. Calor Específico de Sólidos

Práctica 3. Calor Específico de Sólidos
OBJETIVOS
 Utilizar el método de las mezclas para determinar el calor específico de diferentes sólidos de
metal.
 Utilizar el calorímetro y comprender su aplicación en el método de las mezclas.
MATERIAL
FUNDAMENTO TEÓRICO
El método aplicado en esta práctica es el de las mezclas. Según este método, se ponen en
contacto una masa de agua (a temperatura Tf) y un cuerpo sólido (a temperatura Tc) cuyo calor
específico se quiere medir, ambos en el interior de un calorímetro, cuyo equivalente en agua K es
conocido. Por el principio cero de la termodinámica, al cabo de un tiempo ambas sustancias habrán
alcanzado el equilibrio térmico. Como el calorímetro hace prácticamente nulo el intercambio de
calor con el exterior, se puede plantear la siguiente ecuación
mccc (Tc – T) = (mfcf + K)( T – Tf)
Qcedido = Qabsorbido
(1)
donde mf es la masa de agua, mc es la masa del sólido problema, cf es el calor específico del agua y
cc es el calor específico del sólido problema. Se ha supuesto que el agua y el calorímetro están
ambos a la temperatura Tf, inferior a la temperatura del cuerpo sólido Tc, cuyo calor específico se
quiere medir. En consecuencia
cc =
(mf cf + K)( T  Tf )
m c (Tc  T )
(2)
MÉTODO OPERATIVO
1) Si no se conoce el equivalente en agua del calorímetro, hay que determinarlo según las
instrucciones de la práctica 1.
2) Limpie cuidadosamente el calorímetro, secándolo muy bien por dentro y por fuera.
3) Determine en la balanza la masa del calorímetro vacío con sus accesorios (el termómetro digital
no necesita pesarse). Anote este valor m0.
4) Coloque en el calorímetro una cantidad de agua, de manera que cuando introduzca la sonda del
termómetro digital, se moje en el líquido. Determine la masa m’ del calorímetro con el agua. La
masa de agua será mf = m’ m0.
5) Caliente el sólido problema hasta una temperatura Tc = 100 ºC. Para ello, manténgalo en
ebullición durante al menos media hora, dentro de un VASO DE ACERO CON AGUA
HIRVIENDO. NUNCA PONGA EL VASO DE PLÁSTICO EN EL CALEFACTOR. Para
agilizar la práctica se pueden poner todos los sólidos problema juntos en ebullición, sacándolos
luego de uno en uno para determinar su calor específico, colocándolos de uno en uno en el
calorímetro. En el caso del aluminio, hay dos cuerpos porque es un material muy ligero,
comparado con los otros materiales de la práctica. En este caso hay que sacar los dos cuerpos
(que son del mismo material), colocándolos juntos en el calorímetro. Para coger los sólidos hay
un gancho de acero. No se deben utilizar las pinzas, éstas se utilizan al final de la práctica para
vaciar el vaso de acero en la pila.
6) Antes de introducir el sólido en el calorímetro compruebe que la temperatura de éste último es
estable. Anote su valor Tf.
7) Cuando el sólido lleve al menos media hora en ebullición, sáquelo del vaso de acero usando el
gancho. Séquelo con papel de filtro, lo más rápidamente posible, e introdúzcalo en el
calorímetro, cerrando luego el calorímetro de inmediato. Evite salpicaduras de agua fuera del
calorímetro y tenga precaución para no quemarse.
8) Agite suavemente el agua del calorímetro y espere que se alcance el equilibrio térmico, lo que
ocurre cuando se estabiliza la temperatura. Anote ese valor de temperatura T.
9) Calcule el calor específico del cuerpo aplicando la ecuación (2). Exprese correctamente el
resultado.
10) Repita todo el proceso desde el apartado (6) con los otros sólidos problema.
11) Repita la experiencia dos veces más y tome como valor de los calores específicos de cada
material, la media de las tres determinaciones. Exprese correctamente el resultado calculando el
error pertinente.
CUESTIONES
1. Compare sus resultados con los valores de los calores específicos de diferentes materiales, que
aparecen en tabulados en la bibliografía especializada, identificando el material del que están
hechos los sólidos problema utilizados, al menos aproximando al valor más cercano. Comente si
sus resultados son válidos o no, dentro del margen de error obtenido. Si las desviaciones de los
resultados experimentales respecto a los valores tabulados, son grandes o pequeñas, explique por
qué.
2. ¿Por qué se debe operar con rapidez como indica el apartado (7)? En caso de no hacerlo así,
explique qué consecuencias tendría en el resultado, usando para ello la ecuación (1) e indicando
qué modificaciones supondría en dicha ecuación, si hubiera alguna.
BIBLIOGRAFÍA
Serway R. A. and Jewett J. W., 2004. Physics for Scientists and Engineers (6th edition). Thomson
Brooks/Cole.