FÍSICA LABORATORIO 5
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Informe de física II OBJETIVOS Determinar la capacidad calorífica del calorímetro en forma experimental y describir como esta afecta en el intercambio de energía del sistema. Determinar el calor específico de los metales y comparar estos resultados con los de la tabla periódica y ver la eficiencia en el experimento.. 2
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FÍSICA II
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Informe de física II
OBJETIVOS
Determinar la capacidad calorífica del calorímetro en forma experimental y
describir como esta afecta en el intercambio de energía del sistema.
Determinar el calor específico de los metales y comparar estos resultados con los de
la tabla periódica y ver la eficiencia en el experimento..
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Informe de física II
INSTRUMENTOS
Un calorímetro de mezclas.
Un termómetro.
Un mechero a gas.
Una olla para calentar agua.
Un soporte universal.
Un matraz de 200 ó 250 ml.
Una balanza.
2 piezas de materias sólido.
Agua.
Fig.1 Calorímetro
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Informe de física II
FUNDAMENTO TEÓRICO
La termoquímica es parte de una disciplina mucho más general denominada
termodinámica, que es el estudio científico de la interconversión del calor y de otras clases
de energía. Las leyes de la termodinámica constituyen útiles guías para el entendimiento de
la energética y dirección de los procesos.
Calor
Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contacto
térmico, después de un cierto tiempo, alcanzan la condición de equilibrio en la que ambos
cuerpos están a la misma temperatura. Supongamos que la temperatura del cuerpo A es
mayor que la del cuerpo B, TA>TB. Observaremos que la temperatura de B se eleva hasta
que se hace casi igual a la de A. En el proceso inverso, si el objeto B tiene una temperatura
TB>TA, el baño A eleva un poco su temperatura hasta que ambas se igualan.1
Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa
pequeña que está a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante está
próxima a la del sistema grande.
Decimos que una cantidad de calor Q se transfiere desde el sistema de mayor
temperatura al sistema de menor temperatura.
1 Sn., Determinación del calor específico de un sólido , en http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm
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Informe de física II
La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura T.
La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema.
Q=C·T
Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que
está a mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que
ambas se igualan.
Si TA>TB
El cuerpo A cede calor: QA=CA·(T-TA), entonces QA<0
El cuerpo B recibe calor: QB=CB·(T-TB), entonces QB<0
Como QA+QB=0
La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada.
La capacidad calorífica de la unidad de masa se denomina calor específico c. C=mc.
La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de
la masa m del calor específico c y del cambio de temperatura.
Q=m·c·(Tf-Ti)
donde Tf es la temperatura final y Ti es la temperatura inicial.
El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de una
sustancia para que eleve en un grado centígrado su temperatura.
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Informe de física II
Joule demostró la equivalencia entre calor y trabajo 1cal=4.186 J. Por razones
históricas la unidad de calor no es la misma que la de trabajo, el calor se suele expresar en
calorías.
El calor específico del agua es c=1 cal/(g ºC). Hay que suministrar una caloría para
que un gramo de agua eleve su temperatura en un grado centígrado.
Calorímetro, son instrumentos que sirve para la determinación experimental de los
intercambios caloríficos.
El calorímetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de
calor con el medio ambiente.
Capacidad Calorífica del Calorímetro, es la cantidad de calor necesaria para variar
la temperatura del calorímetro en 1ºC.
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Informe de física II
DATOS
Taf Tac Tm Vaf Vac Capacidad Calorífica21ºC 77ºC 47ºC 110ml 130ml 35 cal/ºC
Peso del el Metal (g)
Vaf T1 T2 Tm Calor Específico
98.1 g 160ml 23ºC 73.5ºC 36ºC 0.238cal/gºC
Peso del el Metal (g)
Vaf T1 T2 Tm Calor Específico
16.84 g 130ml 21ºC 76ºC 22ºC 0.238cal/gºC
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CALORIMETRO
PLOMO
ALUMINIO
Informe de física II
CALCULOS Y RESULTADOS
Tenemos que cuando dos o mas cuerpos con diferentes temperaturas se juntan ocurre
entre ellos trasferencia de calor y por lo cual hace variar sus temperaturas llegando a
alcanzar una de equilibrio, en donde el calor perdido por los que tuvieron temperatura
mayor a la de equilibrio es igual al calor ganado por aquellos que tuvieron temperatura
menor a la del equilibrio.
Este calor es proporcional a la masa y a la variación de la temperatura, dicha es
constante llamada calor especifico es una propiedad para cada sustancia.
Para el calorímetro:
Qg = Qp
Qganado por el agua + Qganado por el calorímetro = Qcalor perdido por el agua caliente
Para los metales:
Qg = Qp
Qganada por el agua fría + Qganada por el calorímetro = Perdida por el metal
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CALORIMETRO
Informe de física II
Con los datos obtenidos, mediante la ecuación 1, calculamos la capacidad calorífica del
calorímetro.
Vac.(Tac – Tm) + Vaf.(Tm-Taf)
(Tm-Taf)
Obteniendo el siguiente resultado:
Cc 35Cal/°C
Con los datos obtenidos, realizando la ecuación 2, calculamos el calor específico del metal.
Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
mplomo.(T2-Tm)
Con los datos obtenidos experimentalmente, el valor experimental del calor específico del
plomo es:
Ce 0.0368Cal/g.°C
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PLOM
Cc = ... Ecuac 1
Ce =... Ecuac 2... Ecuac 2
Ce =... Ecuac 2
Informe de física II
Con los datos obtenidos, y mediante la ecuación 3, calculamos el calor específico del
aluminio.
Cc. (Tm-Taf) + Vaf.(Tm-Taf)
mplomo.(T2-Tm)
Con los datos obtenidos experimentalmente, el valor experimental del calor específico del
aluminio es:
Ce 0.3076Cal/g.°C
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
En las mediciones experimentales hay que tener sumo cuidado en las medidas de los
volúmenes y temperatura, para obtener resultados óptimos
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ALUMINIO
Ce =... Ecuac 2... Ecuac 2
Informe de física II
Se comete un grado de error bastante alto en la medición del volumen del agua, este
se aminoraría si en el matraz llenáramos el agua con una pipeta.
Notamos que existe transferencia de calor, cuando dos o mas cuerpos con diferentes
temperaturas se juntan, llegando a establecerse una temperatura de equilibrio, donde
algunos de ellos reciben calor y otros pierden calor para tal fin.
En este experimento pudimos comprobar que el calorímetro recibe también calor al
variar su temperatura.
En los cálculos de los calores específicos de los metales se considera con la
capacidad calorífica del calorímetro hallada experimentalmente, es por ello que este
se debe hacer con mayor cuidado.
Hallando los valores de calor especifico de estos dos metales, pudimos comprobar
que son menores al del agua, generalmente esto se cumple para todos los metales.
En este experimento también pudimos notar que la densidad del plomo es mayor a
la del aluminio.
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