Informe-n_-05.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS ÁREA ACADÉMICA DE CIENCIAS BÁSICAS

INFORME N° 05 CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS

CURSO:

FÍSICA I (CB302 V)

ALUMNOS:

ALATA FERRIL GIANCARLO (20120006K) IZQUIERDO MUÑOZ LUCERO (20120293J) PAYAC LAZO KEVIN (20120039F) VILLEGAS CAMPOS CARLOS (20101207D)

PROFESOR:

GELACIO TAFUR ANZUALDO

FECHA DE REALIZACIÓN:

19 DE JUNIO DEL 2013

1. OBJETIVOS 

Estudiar los fenómenos de transferencia de energía en forma de calor.



Hallar el valor del calor específico de las diferentes muestras de sólido que se presentan.



Aprender a calcular el valor del calor específico en sólidos, haciendo uso del calorímetro de mezclas.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO Calor: Es una de las manifestaciones más efectivas y generales de la energía, en la forma que ésta puede transformarse más directamente en trabajo mecánico. Los efectos físicos más importantes son: aumento de temperatura, fusión, sublimación, ebullición, dilatación y efectos eléctricos. El calor se transmite únicamente por diferencia de temperatura y es transferido del cuerpo caliente hacia el cuerpo frío, su unidad más utilizada es la caloría.

Calor específico: Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. Matemáticamente para nuestro interés define así:

𝑄 = 𝑚𝑐(𝑇1 − 𝑇2 )

Calorímetro: Es un recipiente que se usa para calcular calores específicos. Éste recipiente está aislado convenientemente para evitar pérdida de calor.

Primera ley de la termodinámica: Ley de la conservación de la energía: |𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 | = |𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 |

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Determinar la capacidad calorífica (o equivalente en agua) del calorímetro. 

Coloque dentro del calorímetro una cantidad m a de agua a temperatura menor que la del ambiente.



Deje que se establezca el equilibrio y medir la temperatura de equilibrio Ta.



Caliente agua en la olla a una temperatura Tb y colocar una cantidad mb de esta agua en el calorímetro.



Mida la nueva temperatura de equilibrio T.

Calor específico de sólidos 

Colocar una cantidad ma de agua en el calorímetro y deje que se establezca el equilibrio.



Mida la temperatura Ta.



Sumergiéndolo en agua caliente, eleve la temperatura del sólido hasta una temperatura T b.



Sumerja el cuerpo a temperatura Tb dentro del agua a temperatura Ta y mida la temperatura de equilibrio T.

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS Datos experimentales Identificación de los materiales sólidos 1

2

3

Aluminio

Hierro

Plomo

Determinación de la capacidad calorífica (o equivalente en agua) del calorímetro Masa del calorímetro

0.4367 kg

Masa del agua fría (ma)

0.1293 kg

Temperatura de equilibrio (Ta) Masa del agua caliente (mb) Temperatura de equilibrio (Tb) Capacidad calorífica del calorímetro

295 K 0.11 kg 345 K 35.7 cal/K

Calor específico de los sólidos Sólido de metal

1

2

3

Masa del sólido

0.0113 kg

0.1582 kg

0.0964 kg

Masa del calorímetro

0.4367 kg

0.4367 kg

0.4367 kg

Masa del calorímetro con agua

0.6347 kg

0.6007 kg

0.628 kg

Masa del agua

0.198 kg

0.164 kg

0.192 kg

0.0817

0.0817

0.0817

Kcal/kg.K

Kcal/kg.K

Kcal/kg.K

Temperatura inicial del sólido

348 K

363 K

368 K

Temperatura inicial del agua

295 K

295 K

295 K

Temperatura inicial del calorímetro

295 K

295 K

295 K

Cambio en la temperatura del agua

2K

7K

1K

2K

7K

1K

0.396 Kcal

1.148 Kcal

0.192 Kcal

Calor ganado por el calorímetro

0.07185 Kcal

0.24974 Kcal

0.03567 Kcal

Total calor ganado

0.46735 Kcal

1.39774 Kcal

0.22767 Kcal

Calor perdido por el sólido

0.46735 Kcal

-1.39774 Kcal

-0.22767 Kcal

-51 K

-61 K

-72 K

0.08109

0.1448

0.032

Kcal/kg.K

Kcal/kg.K

Kcal/kg.K

0.215

0.107

0.035

Kcal/kg.K

Kcal/kg.K

Kcal/kg.K

0.6228

0.353

0.0627

62.28 %

35.3 %

6.27 %

297 K

302 K

296 K

Calor específico del calorímetro

Cambio en la temperatura del calorímetro Calor ganado por el agua

Cambio en la temperatura del sólido Calor específico del sólido Valor aceptado de calor específico según bibliografía Error Porcentaje de error Temperatura de equilibrio

Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro |𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 | = |𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 | 𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 0 𝐺𝑎𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟í𝑎 𝑦 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑃𝑖𝑒𝑟𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑐(𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑎 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑏 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) = 0 𝐶𝑐(315𝐾 − 295𝐾) + (129.3𝑔). (1𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾). (315𝐾 − 295𝐾) + (110𝑔). (1𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾). (315𝐾 − 345𝐾) = 0 𝐶𝑐 = 35.7𝑐𝑎𝑙/𝐾

Determinación del calor específico de los sólidos Material: Aluminio

|𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 | = |𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 | 𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 0 𝐺𝑎𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟í𝑎 𝑦 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑃𝑖𝑒𝑟𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑐(𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑎 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑏 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) = 0 (35.7𝑐𝑎𝑙/𝐾)(297𝐾 − 295𝐾) + (198𝑔). (1𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾). (297𝐾 − 295𝐾) + (113𝑔). 𝐶𝑒. (297𝐾 − 348𝐾) = 0 𝐶𝑒 = 0.08109𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾

Material: Hierro

|𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 | = |𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 | 𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 0 𝐺𝑎𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟í𝑎 𝑦 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑃𝑖𝑒𝑟𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑐(𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑎 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑏 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) = 0 (35.7𝑐𝑎𝑙/𝐾)(302𝐾 − 295𝐾) + (164𝑔). (1𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾). (302𝐾 − 295𝐾) + (158.2𝑔). 𝐶𝑒. (302𝐾 − 363𝐾) = 0 𝐶𝑒 = 0.1448𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾 Material: Plomo

|𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 | = |𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 | 𝑄𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 + 𝑄𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑜 = 0 𝐺𝑎𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑓𝑟í𝑎 𝑦 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑃𝑖𝑒𝑟𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟: 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑐(𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑎 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) + 𝑚𝑏 . 𝐶𝑒. (𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 ) = 0 (35.7𝑐𝑎𝑙/𝐾)(296𝐾 − 295𝐾) + (192𝑔). (1𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾). (296𝐾 − 295𝐾) + (96.4𝑔). 𝐶𝑒. (296𝐾 − 368𝐾) = 0 𝐶𝑒 = 0.032𝑐𝑎𝑙/𝑔. 𝐾

5. CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES Observaciones: 

Una vez alcanzado el equilibrio en un cierto intervalo de tiempo la temperatura se mantiene casi constante, pero luego varia un poco.

Conclusiones: 

Para poder hallar los calores específicos de los cuerpos sólidos, no es necesario calcular la masa del calorímetro solo nos interesa su capacidad calorífica.



El método empleado se basa en “La conservación de la Energía”.



El cálculo de los calores específicos mediante la conservación de la energía, como se ha podido evidenciar, es sumamente fácil, puesto que solo se resuelven ecuaciones simples en las que intervienen temperaturas, masas y volúmenes.



El descenso de temperatura después de cierto intervalo de tiempo de debe a que el calorímetro no es ideal.

Recomendaciones: 

Es importante al realizar el experimento, tener precisión en las medidas, puesto que un leve error puede incurrir en resultados erróneos.



Durante el cálculo de la capacidad calorífica del calorímetro, el agua caliente que se adiciona, es propensa a derramarse, una alternativa seria calcular al comienzo la masa del calorímetro, al final de realizar esta parte, pesar el calorímetro y por diferencia calcular verdaderamente cuanto de agua se introdujo.



El tiempo de paso del cuerpo sólido caliente al calorímetro debe ser mínimo, para evitar perdida de energía del cuerpo.

6. BIBLIOGRAFÍA Leyva Naveros, Humberto. Física II. 1° Edición. (2009). Alonso, Finn. Física II. Addison-Wesley Iberoamericana (1995). Serway. Física II. Editorial McGraw-Hill (1992). Tipler. Física II. Editorial Reverté (1994).