Lab2_ondas Y Calor (1)

Laboratorio de Ondas y Calor

Página 1 de 8

• OBJETIVOS: • • •

Determinar el calor específico de un cuerpo sólido por el método de las mezclas. Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un análisis gráfico utilizando como herramienta el softwareCapstoneTM. Utilizar el software CapstoneTMpara verificación de parámetros estadísticos respecto a la informaciónregistrada.

• MATERIALES: • • • • • • • • • •

•

Computador con programa PASCO Capstone instalado Mordaza de mesa Nuez Doble Pinza Universal Varilla de 60 cm Cocina eléctrica USB Link Sensor de temperatura Vaso calorímetro Cuerpos metálicos 3 piezas

FUNDAMENTO TEÓRICO •

Calor específico

El calor específico (c) de una sustancia, es la cantidad de calor (medido en calorías) requerido para que un gramo de dicha sustancia, eleve su temperatura en 1 °C. El calor ganado o perdido por un cuerpo es igual al producto de sus masas, su calor específico y el cambio de temperatura. ΔQ = m c (Tf–Ti)

(1)

El método más común usado en la determinación de cambios de calor es elmétodode lasmezclas,basadoenelprincipiode la conservaciónde la energía, en el cual dos o más sistemas que tienen temperaturas diferentes son puestos en contacto, de tal forma que intercambien calor hasta que todos ellos adquieren la misma temperatura (temperatura de equilibrio). Como un resultado del intercambio, los cuerpos de más alta temperatura cederán calor a los cuerpos de temperatura

más baja, de manera que la cantidad de calor perdido por algunos cuerpos es igual a la cantidad de calor ganado por los otros. Un cuerpo de masa M, cuyo calor especifico c se desea determinar es calentado hasta alcanzar una temperatura T y luego introducido rápidamente a un calorímetro de masa Mc, y cuyo calor especifico ccel cual contiene en su interior una masa de agua MA, todos estos a una temperatura inicial Ti. La mezcla alcanzara una temperatura intermedia de equilibrio TEq. Aplicando el principio de conservación de la energía tendremos que el calor perdido por el cuerpo debe ser igual al calor absorbido por el agua, el calorímetro y el termómetro. Esto es: M csólido (T – TEq) = MAguacAgua (TEq – Ti) + Ccalorimetro (TEq–Ti) (2) De donde:

csólido Que nos determina el calor específico c del cuerpo. Este es el fundamento del método de las mezclas. Es necesario observar que este método solo conduce a la determinación del calor específico promedio en un intervalo de temperaturas un pocoamplio. El calorímetro que usaremos está cubierto de una envoltura de material térmicamente aislante para minimizar tanto la perdida como la absorción de calor,

pero no elimina este factor completamente ya que es prácticamente imposible aislar cualquier sistema del medio que lo rodea y eliminar un intercambio de calor. Elequivalenteenaguaesuntérminofrecuentementeencalorimetría. Es la masa de agua que requiere la misma cantidad de calor para aumentar su temperatura en un grado como el que se requiere para aumentar la temperatura del cuerpo en un grado. El equivalente del agua es el producto de la masa de un cuerpo y la capacidad térmica del material delcuerpo.

Laboratorio de Ondas y Calor •

Página 2 de 8

PROCEDIMIENTO •

Experiencia del calor específico de sólidos Ingrese al programa PASCO CapstoneTM, haga clic sobre el icono tabla y gráfica y seguidamente reconocerá el sensor de temperatura previamente insertado a la interfaseUSBLink.

Laboratorio de Ondas y Calor

Página 3 de 8

Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACION y lo configuramos para que registre un periodo de muestreo de 10 Hz enºC. Luego presione el icono del SENSOR DE TEMPERATURA luego seleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, según datos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 ºC a 135 ºC con un paso de 0.01ºC. Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luego hacemos el montaje de la figura 4.1.

Figura. 4.1. Primer montaje Inicie la toma de datos introduciendo 200 ml de agua en el calorímetro y oprimiendo el botóninicio en la barra de configuración principal de PASCO CapstoneTM. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la temperatura inicial Tidel sistema calorímetro, agitador y agua.

Al momento de medir la masa de agua que introducirá en el matraz cuide de no mojar la balanza. Coloque en el vaso precipitado 200 ml de agua, conjuntamente con el cuerpo y usando el mechero caliéntelo hasta que el agua hierva, de esta forma la temperatura T del cuerpo será la misma que la del agua hirviendo (100 °C aproximadamente).

Laboratorio de Ondas y Calor

Página 4 de 8

Oprima el botón inicio en la barra de configuración principal de CapstoneTM

Rápida y cuidadosamente introduce el cuerpo dentro del calorímetro, agite el agua con el fin de crear corrientes de convección y distribuir el aumento de temperatura a todo elrecipiente.

Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la temperatura más alta registrada. Esta será la temperatura de equilibrio TEq. Repita el proceso hasta completar 2 mediciones, con 3 cuerpos metálicos diferentes y llene las tablas 4.1 y4.2. Datos teóricos útiles: cAl = 0.2250 cal/gr ºC cFe = 0.1146 cal/gr ºC cCb = 0.0577 cal/gr ºC cACE = 0,106 cal/gr ºC

Aluminio Hierro Estaño Acero

cCu = 0.0931 cal/gr ºC cPb = 0.0320 cal/gr ºC cZn = 0.0925 cal/gr ºC

Laboratorio de Ondas y Calor

Cobre Plomo Zinc

Página 5 de 8

TABLA 4.1. Calor específico de Hierro

Clase de metal usado

Hierro, Fe

Medición Capacidad calorífica del calorímetro C Masa del cuerpo metálico M Masa de agua Temperatura inicial del sistema Ti Temperatura inicial del cuerpo caliente T Temperatura de equilibrio TEq Calor especifico experimental Error porcentual E(%)

VbibliograficoVexperimental Vbibliografico

Calor especifico teórico (Cal/g°C) 1

2

100%

TABLA 4.2. Calor específico de Latón (Cu-Zn) Clase de metal usado Medición Capacidad calorífica del calorímetro C Masa del cuerpo metálico M Masa de agua Temperatura inicial del sistema Ti Temperatura inicial del cuerpo caliente T Temperatura de equilibrio TEq Calor especifico experimental Error porcentual E(%)

VbibliograficoVexperimental Vbibliografico

Calor especifico teórico (Cal/g°C)

latón 1

2

100%

TABLA 4.3. Calor específico de Aluminio

Clase de metal usado

Aluminio, Al

Calor especifico teórico (Cal/g°C)

Medición Capacidad calorífica del calorímetro (C cal/°C) Masa del cuerpo metálico M (g) Masa de agua (g) Temperatura inicial del sistema Ti (°C) Temperatura inicial del cuerpo caliente T(°C) Temperatura de equilibrio TEq (°C) Calor especifico experimental (Cal/g°C) Error porcentual E(%)

VbibliograficoVexperimental Vbibliografico

1

100%

Laboratorio de Ondas y Calor •

2

Página 6 de 8

CUESTIONARIO •

Sobre la experiencia del calor específico de sólidos. •

•

• •

• •

•

¿Podrías determinar el calor específico de las muestras usadas en este experimento enfriando el metal a la temperatura del hielo en vez de calentarlo como se hizo en la experiencia?Explica. no, ya que e calor específico es la cantidad de calor que se necesita paraelevar un grado centígrado a un determinado cuerpo, si se enfría dichocuerpo a cero grados centígrados no existiría calor ¿Podrías determinar el calor específico de una sustancia desconocida sin necesidad de hacer uso de una sustancia de referencia como el agua? Explica. sí, siempre y cuando sabiendo su masa, su diferencia de temperatura y laenergía inerte que posee un cuerpo Si se triplicara el espesor de las paredes del calorímetro ¿Variaría el intercambio de calor?, explique surespuesta. Si porque el espacio del calorímetro seria eltriple de lo que era y habría menos transferencia de calor del exterior para que pueda entrar calor o también pudiera salir almenos se puede decir que a mayor espacio de las paredes del calorímetro el sistema sevuelve más hermético ¿Qué viene a ser la energía calorífica absorbida por una sustancia cuando la temperatura esincrementada?

•

El aumento de la energía interna y la disminución de su magnitud , ya que al aumentar la temperatura de un sistema, aumentan su energía interna reflejada en el aumento del calor del sistema completo o de la sustancia

•

¿Cuánto es el equivalente en agua delcalorímetro?

•

¿Qué evidencia dan los resultados de esta experiencia para justificar que el agua tiene un calor específico más alto que los materialesconsiderados?

•

Si la temperatura del rollo de cobre hubiera sido 800 ºC ¿Cuál hubiera sido la temperatura de equilibrio de lamezcla? el equivalente del agua al decalorimetro es : C=20cal/gr°C

•

•

•

¿Qué porcentaje de error has introducido al despreciar el equivalente en agua del termómetro? El calor específico hallado tendría un valor mayor o menor al considerar el calor absorbido por el termómetro. Demuestra tu respuesta.

•

La evidencia son los resultados obtenidos del calor especifico, donde se demuestran que sus calores son menores a uno, por lo tanto el agua cuyo calor especifico es uno es el mas alto.

•

La temperatura muy alta en la atmosfera puede ser de 700 oC. Sim embargo, un animal ahí se podría congelar y morir en vez de asarse. Explique.

APLICACIÓN A LA ESPECIALIDAD Se presentarán un mínimo de 2 aplicaciones del tema del laboratorio referido a su especialidad.

Laboratorio de Ondas y Calor •

Página 7 de 8

OBSERVACIONES •

_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ________________________________________________

•

_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ________________________________________________

•

_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ________________________________________________

Laboratorio de Ondas y Calor •

Página 8 de 8

CONCLUSIONES •

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _______________________________________________

•

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _______________________________________________

•

____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _______________________________________________

•

BIBLIOGRAFIA (según formato de la APA)