Determinacin de la longitud de onda de un laser de He-Ne con el interferometro de Michelson

Calor especfico de algunos slidos ngel Guerrero, Csar Meza, Brayan Barros, Harold Lpez Laboratorio de Fsica Calor Ondas Grupo: BDLESTRUCTURAMARCO TERICOCLCULOSANLISISCONCLUSIONESNOTA

ResumenPara determinar el calor especfico de un slido es utilizado el calormetro que funciona utilizando el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de referencia, esta prctica consiste bsicamente en introducir dos metales en agua a una temperatura alta y someterla a contact trmico con agua a temperatura ambiente que se encuentra en el calormetro, as determinar el calor especfico de los slidos (aluminio y hierro) con la finalidad de observar cmo se transmite el calor segn el material utilizado y comparar el valor obtenido con el valor real y as saber si dicho material es puro o se asemeja al aluminio y al hierro. Palabras clavesCalor especfico, calormetro, slido, temperatura. AbstractTo determine the specific heat of a solid is used calorimeter operates using the principle of dual load, in which an absorbing while the second acts as a reference temperature, this practice is basically to introduce two metals in water at a high temperature and subjecting it to thermal contacted with water at room temperature which is in the calorimeter, and determining the specific heat of the solids (aluminum and iron) in order to observe how heat is transferred according to the material used and comparing the value obtained with the actual value and thus whether the material is or resembles pure aluminum and iron.KeywordsSpecific heat, calorimeter, solid, temperature.

UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BSICASREA DE LABORATORIO DE FSICA FACULTAD DE INGENIERA

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1. Introduccin

El calor especfico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsius. Esta experiencia de laboratorio guiara la forma de hallar el calor especfico de algunos slidos a travs de un procedimiento nico ya constituido donde se llevan a cabo hechos que involucran los diferentes conocimientos termodinmicos que primeramente se debe tener para su correcta realizacin y con esto determinar un buen clculo de calor especfico de los metales. Primero el metal se introduce en agua con alta temperatura despus se verte en agua a temperatura ambiente y se espera a que alcance una temperatura de equilibrio y mediante algunos clculos as poder obtener el calor especfico de este cuerpo.

2. Fundamentos Tericos

2.1 El calor es la transferencia de energa entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio trmico.La energa puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe resear la radiacin, la conduccin, y la conveccin, aunque en la mayora de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. La energa que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformacin que se efecte sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, si no energa el calor es parte de dicha energa interna (energa calorfica) transferida de un sistema a otro, lo que sucede con la condicin de que estn a diferente temperatura. La temperatura es una propiedad que tienen los cuerpos, para determinar si estn o no en equilibrio trmico con otros. Ante esta interviene el calor conceptualizado cmo la transferencia de energa.Construyendo el concepto de calor especfico o capacidad calorfica especfica, c, El calor especfico, es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Sus unidades son caloras por gramos kelvin [cal/ (g-k)]. En general, el valor del calor especfico depende de dicha temperatura inicial. Se debe conocer el calormetro, como instrumento para hallar el calor especfico.

Imagen 1.Las normas del calormetro se establecen en:

Principio de la conservacin de la energa nos dice que cuando dos cuerpos se ponen en contacto en un sistema aislado del exterior (proceso adiabtico), la cantidad de calor que pierde uno es igual a la cantidad de calor que gana el otro.

La ley cero de la termodinmica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarn la misma temperatura, es decir, tendrn ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamamos C se pone en contacto con A y B, tambin alcanzar la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrn la misma temperatura mientras estn en contacto.

Primera ley de la termodinmica: se refiere al concepto de energa interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema cerrado adiabtico con una determinada energa interna, se realiza mediante un proceso, la energa interna del sistema variar. A la diferencia de la energa interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor.

La cantidad de calor, es la energa que gana (Q>0) o pierde (Q Tf el cuerpo cede calor Q < 0 Si Ti < Tf el cuerpo recibe calor Q > 0La experiencia se realiza en un calormetro con dos metales que consiste en un vaso o en su defecto, convenientemente aislado.

Supongamos que el calormetro est a la temperatura inicial To, y sea mv es la masa del vaso del calormetro y Cv su calor especfico. mt la masa de la parte sumergida del termmetro y Ct su calor especfico ma la masa de la parte sumergida del agitador y Ca su calor especfico M la masa de agua que contiene el vaso, su calor especfico es la unidad por otra parte: Sean m y c las masas y el calor especfico del problema a la temperatura inicial T.

En el equilibrio a la temperatura Se te tendr la siguiente relacin. (M+mvCv+mtCt+maCa)(Te-To) +mc (Te-T) = 0

La capacidad calorfica del calormetro es

K = mvCv+mtCt+maCa

Se le denomina equivalente en agua del calormetro, y se expresa en gramos de agua. Por tanto, representa la cantidad de agua que tiene la misma capacidad calorfica que el vaso del calormetro, parte sumergida del agitador y del termmetro y es una constante para cada calormetro.

El calor especfico desconocido del ser por tanto.

Puesto que el calor es una forma de energa, se podra expresar esta energa en el sistema de unidades mtrico, y tambin en el sistema de unidades britnico.Sistema Mtrico

Sistema Britnico

Tabla de calores especficos de algunas sustancias a 25 c y presin atmosfrica Imagen2.3. Desarrollo experimentalSe hace el montaje para determinar el calor especfico de los slidos.

Materiales utilizados

Balanza Mechero de bunsen Malla de asbesto Calormetro Probeta Beaker Un slido( hierro y aluminio) Termmetro Pinzas

Primero se pesa con una balanza una pieza de material slido (hierro) de calor especfico c desconocido, resultando m su masa. Despus se coloca en el beaker el metal (hierro) y se agrega agua hasta cubrir dicho slido, este beaker se lleva a un mechero de bunsen que tiene en su superficie una malla de asbesto y se deja al fuego hasta alcanzar una temperatura de 80C la cual controlamos mediante un termmetro.

Imagen 3.

Luego vertemos 150 ml de agua, la cual agregamos al calormetro despus con el termmetro tomamos la temperatura ambiente a dicha agua. Para finalizar una vez el agua del beaker alcance la temperatura deseada con ayuda de una pinza cogemos el metal (hierro) y lo introducimos en el calormetro y empezamos a batir rpidamente por unos minutos y nuevamente tomamos la temperatura de equilibrio. Imagen 4.Posteriormente se reitera el procedimiento se pesa el material (aluminio) de calor especfico c desconocido, resultando la m su masa.Despus se coloca en el beaker el metal (aluminio) y se agrega agua a este slido, despus beaker se lleva al mechero y se deja al fuego hasta alcanzar la temperatura de 80C la cual no las da el termmetro.

Imagen 5. Luego vertemos 150ml de agua al calormetro despus con el termmetro tomamos la temperatura ambiente.Para terminar una vez el agua del beaker alcance la temperatura deseada con ayuda de una pinza cogemos el metal (aluminio) y lo introducimos en el calormetro y empezamos a batir rpidamente por unos minutos y nuevamente tomamos la temperatura de equilibrio.

Imagen 6.

4. Clculos y anlisis de resultados

4.1Datos

Variablesaluminiohierro

M(g)147,7g147,7g

m(g)54,4g124g

To(C)22C22C

T(C)80C80C

Te(C)28C29C

K7,77g7,77g

Para hallar el calor especfico de dicho metales es utilizada la siguiente frmula:

C es el calor especfico, el cual se va hallar. M es la masa del agua

m es la masa de los slidos,

To (C) es la temperatura ambiente,

T es la temperatura inicial

Te es la temperatura en equilibrio

K es equivalente en agua del calormetro

Peso beaker vaci = 175.7gMasa del agua = 323.4gPeso beaker agua 175.7g-323.4g = 147.7gMasa del aluminio = 54,4g Masa del hierro = 124gTo (C) = 22CT (C) = 80CTe (C aluminio) = 28CTe (hierro) = 29C

Causas del error Hemos obtenido un valor muy alto al valor real, estos factores de errores fue la prdida de calor por parte del slido al sacarlo del agua caliente y ponerlo en contact con el medio ambiente antes de introducirlos al calormetro, esto provoc que una cantidad de calor se perdiera en el medio. El calormetro tampoco tena las medias exactas, y tal vez por esto no dio el resultado que esperbamos.

El valor del hierro se acerc al valor terico de este.

5. ConclusionesEsta experiencia nos permiti determinar el calor especfico de los slidos, ya que el calor es igual que la energa que es trasferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran en diferentes temperaturas. Por tal razn al poner en contact el aluminio con el agua el que tenga mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que llegan a un punto que se encuentra en equilibrio trmico y as se puede hallar el calor especfico de estos slidos. Aunque durante la experiencia los datos obtenidos no coincidieron con los del calor especfico dados tericamente. Se podra decir que algunos factores durante la experiencia afecto mucho el experimento. Estos factores fueron el material con el que estaba hecho el calormetro que no es tan adiabtico, otras de las razones fue que al momento de cambiar el slido del agua caliente se pone en contacto con el medio ambiente antes de introducirlo al calormetro, esto provoc que una cantidad de calor se perdiera en elmedio. Tambin el termmetro gana calor y esto hace que pierda calor el agua al punto de equilibrar la temperatura. Por otra parte hemos obtenido un valor del calor especfico del hierro y concluimos que el slido con el que trabajamos es de hierro, ya que el valor que obtuvimos

6. Bibliografa

Consultado en:

1.http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/exp_debye.pdf19/02/2014

2.http://enciclopedia.us.es/index.php/Calor_espec%C3%ADfico22/02/2014

3.http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/thermo/spht.html23/02/2014

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