universidad tecnológica nacional

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL LA PLATA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
UNIDAD DOCENTE BÁSICA FÍSICA
LABORATORIO DE FÍSICA
CÁTEDRA: FÍSICA II
TRABAJO PRACTICO Nº 1
CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS
Edición 2008
1
Departamento de Ciencias Bási
Básicas
Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnolo
Tecnología
Unidad Docente Básica Física
Universidad Tecnológica Nacional
Laboratorio de Física
Facultad Regional La Plata
Cátedra: Física II
Ensayo de Laboratorio:
CÁTEDRA:
ESTRUCTURA:
Calor Específico de Sólidos
Física II
Lic. Nieves Noemí Baade – Profesor Titular.
Ing. Euclides León Pallaro – Profesor Asociado.
Lic. Fabiana Prodanoff – Profesor Adjunto.
Lic. Eduardo Tolosa – Profesor Adjunto.
Ing. Osvaldo Noviski – Jefe de Trabajos Prácticos.
Dr. Osvaldo Trabocchi – Jefe de Trabajos Prácticos.
Lic. Maria Fernanda Montero – Jefe de Trabajos Prácticos.
Ing. Alustiza, Diego – Jefe de Trabajos Prácticos.
Ing. Orlando Castro – Ayudante Diplomado.
Ing. Carlos Pellegrini – Ayudante Diplomado.
Ing. Víctor Koziura – Ayudante Diplomado.
Ing. Luis Palacio – Ayudante Diplomado.
Srta. Laura Di Gialleonardo – Ayudante de Segunda
ALUMNO: ......................................................................................
ESPECIALIDAD: .......
COMISIÓN Nº .....
INTEGRANTES:
................................................................................
................................................................................
................................................................................
................................................................................
................................................................................
.................................................................................
2
CONTENIDO
1.
Objetivos del Ensayo
2.
Equipo a Ensayar
3.
Componentes: Equipos, Instrumentos, Elementos accesorios
4.
Procedimiento de Ensayo
5.
Planillas de Registro de Datos y Eventos de Ensayo
6.
Material Auxiliar: Normas, Hojas de Datos, Curvas Características, Catálogos, Manuales, etc.
7.
Cálculos, Análisis, Desarrollos, Planillas de Registro de Datos
Calculados, Gráficos, etc.
8.
Conclusiones
3
Departamento de Ciencias Bási
Básicas
Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnolo
Tecnología
Unidad Docente Básica Física
Universidad Tecnológica Nacional
Laboratorio de Física
Facultad Regional La Plata
Cátedra: Física II
1.
Objetivos del Ensayo
Determinación del calor específico de un sólido por el método de las mezclas
Calorímetro de las mezclas
2.
Equipo a Ensayar:
Calorímetro de las Mezclas
3.
Componentes:
;
Sólido metálico de forma cilíndrica de 30 mm de diámetro y 70 mm de altura
;
Calorímetro de las Mezclas (C)
;
Balanza de precisión
;
Cronómetro
;
Termómetro (T)
;
Agua
;
Recipiente para aislamiento térmico (B)
;
Soportes (D)
;
Tapa de madera (M)
;
Agitador (A)
4
Nota: El calor que por conducción, radiación o convección puede pasar del recipiente C al exterior es sumamente reducido debido
a la existencia de B y M construidos con materiales aislantes y a las condiciones experimentales de temperaturas muy próximas a
las ambientales.
4.
Procedimiento de Ensayo
General
Bajo la suposición que el volumen del calorímetro es constante y que cada uno de los
elementos que lo integran también mantienen el volumen constante, se define el “calor específico” como la energía que se transfiere a la unidad de masa de una sustancia para elevar en un grado su temperatura a una dada presión. Lo denominamos
con “c” y sus unidades son: (cal g-1 ºC-1)
Para medir el calor específico se utiliza el método de las mezclas.
a
Problema:
Alumnos de la Tecnológica desean determinar experimentalmente el calor específico
’
cs de un cuerpo de masa ms que se encuentra a una temperatura inicial Ti . Para ello
cuentan con un calorímetro de mezclas, de masa mc (incluyendo el agitador) y calor
específico cc = 0,092 cal g−1 ºC−1. En su interior se coloca una masa de agua ma la
cual se agita lentamente hasta que el sistema alcance la temperatura Ti (temperatura
inicial). Luego se coloca dentro del calorímetro el cuerpo, siempre agitando lentamente hasta que al cabo de un tiempo se alcanza la temperatura de equilibrio térmico Tf.
¿Cuál es el valor de cs?
b
Error de la Medida:
Los calores específicos del agua, del calorímetro y agitador son valores obtenidos de
tablas, por lo que, no lo someteremos al cálculo de errores, solo tendrán que determinarse el número de cifras decimales con las cual se debe trabajar.
El calor específico del sólido se determina a través de un medición indirecta ya que
es función de otras magnitudes medibles, cs = f(ms, ma mc ti, tf)
El error de una medida indirecta se determina a partir de los errores posibles de cada
una de las medidas indirectas
m = mmedida ± ∆m
y
t = tmedido ± ∆t
siendo ∆m y ∆t los errores de apreciación o de estimación según corresponda.
Aplicando la propagación de errores a la ecuación que nos permite calcular el calor
específico cs, el error relativo resulta:
5
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Facultad Regional La Plata
Cátedra: Física II
∆cs
2∆T
∆T
=
+
cs
Tf − Ti 100 − Tf
∆(ma + π )
frente a
(ma + π )
los otros errores relativos ya que se trabaja con masas de agua y calorímetro (ma+π) de aproximadamente 1 kg y con un error de apreciación ∆m = 0,1 g, siendo π = mc cc el equivalente en
agua del calorímetro.
donde se ha despreciado el error relativo en la determinación de las masas
5.
Planillas de Registro de Datos y Eventos de Ensayo
1- Pesar el calorímetro con el agitador: mc
2- Agregar agua al calorímetro hasta las tres cuartas partes. Pesar nuevamente el
conjunto. Siendo mt = mc + ma; hallar ma.
3- Ingresar los valores obtenidos en la Planilla de Registro de Datos y Eventos de
Ensayo.
4- Colocar el calorímetro con el agitador y el agua en el recipiente B, cerrándolo con
la tapa M. Agitar el agua continuamente durante unos minutos, hasta alcanzar el
equilibrio Térmico, donde leeremos la Ti.
5- Retirar el cuerpo de la caldereta, sacarle el agua adherida sacudiéndolo e introducirlo rápidamente en el calorímetro. En este instante se dispara el cronómetro
tomándose como tiempo inicial cero; anotándose éste y los siguientes en la Planilla de Registro de Datos y Eventos de Ensayo, columnas tiempo y temperatura.
6- Agitar continua y lentamente con movimientos amplios, para homogeneizar la
temperatura leyéndola cada 30 segundos hasta que permanezca constante. Esta
temperatura de equilibrio térmico se toma como Tf
7- Sacar el cuerpo del calorímetro, secarlo y pesarlo: ms.
8- Calcular cs mediante la ecuación correspondiente
9- Graficar temperatura en función del tiempo en el sistema de coordenadas adjunto.
10- Efectuar el cálculo de errores y determinar el valor absoluto ∆cs. Recuerda que
toda medida debe ir acompañada con el error absoluto, en nuestro caso el resultado debe expresarse como cs ± ∆cs.
6
Lecturas obtenidas Cálculos, Gráficos.
ms
mc
π
mt
ma
Ti
[cal g−1.ºC−1]
[g]
[g]
[cal ºC−1]
[g]
[g]
[ºC]
t*
[S]
22
21
18
19
20
temperatura [ºC]
23
24
25
26
27
cc
tiempo `[s]
30
60
90
120
150
180
210
240
270
*Disparar el cronómetro en el momento de introducir el cuerpo en el calorímetro.
6.
300
Tf =
ºC
Material Auxiliar: Normas, Hojas de Datos, Curvas Características.
Ejemplo de resultados anteriores:
ma = 976,6 g
ca = 1 cal g−1.ºC−1
Ti = 20,7ºC
ms = 329,4 g
Tf = 23,5ºC
-1
cs= 0,116 cal g−1 ºC ;
mc = 394,4 g
cc = 0,092 cal g−1.ºC−1
Ti’ = 97,9 ºC
-1
∆cs =.0,008 cal g−1 ºC
-1
cs = ( 0,116 ± 0,008 ) cal g−1 ºC
8.
Conclusiones:
Confeccionó: Lic. Nieve N. Baade
Lic. Clelia Bordogna
Lic. Fabiana Prodanoff
Ing. Ruben E. Del Zotto