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La experiencia consistió determinar el calor específico de un material solido usando el agua como sustancia de referencia cuyo valor de calor especifico es de 1,0 Cal /g °C. En el laboratorio se hallaron los datos concernientes a la fórmula para hallar el calor específico de dicho sólido, en las cuales se tuvo que encontrar a las diferentes masas del agua (según su estado), las diferentes temperaturas del agua y la masa interior del vaso del colorímetro al igual que la masa del sólido expuesto. Terminado los cálculos se observó que los datos obtenidos no eran los esperados ya que se tuvo un error de 488,7 % comparado se observó que el valor experimental de 0,63 Cal / g °C es menor al valor teórico del hierro que es de 0,107 Cal / g °C, lo cual provoco que el error % fuese muy elevado, de lo cual se concluyó que era debido a errores experimentales en el procedimiento, debido a eso no se cumplió con los objetivos.
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UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA
FACULTAD DE INGENIERÍA
EL CALOR ESPECÍFICO DEL CALORÍMETRO USANDO EL AGUA COMO
SUSTANCIA DE REFERENCIA.
Paula Acosta Mercado1, Ana belly de la asunción 2 Sergio 3 4
1Ingeniería Ambiental, 2Ingeniería de industrial3Ingeniería de industrialLaboratorio de Física calor y ondas Grupo:____
Resumen
La experiencia consistió determinar el calor específico de un material solido usando el agua como sustancia de referencia cuyo valor de calor especifico es de 1,0 Cal /g °C. En el laboratorio se hallaron los datos concernientes a la fórmula para hallar el calor específico de dicho sólido, en las cuales se tuvo que encontrar a las diferentes masas del agua (según su estado), las diferentes temperaturas del agua y la masa interior del vaso del colorímetro al igual que la masa del sólido expuesto. Terminado los cálculos se observó que los datos obtenidos no eran los esperados ya que se tuvo un error de 488,7 % comparado se observó que el valor experimental de 0,63 Cal / g °C es menor al valor teórico del hierro que es de 0,107 Cal / g °C, lo cual provoco que el error % fuese muy elevado, de lo cual se concluyó que era debido a errores experimentales en el procedimiento, debido a eso no se cumplió con los objetivos.
Palabras clavesDeterminar, calorímetro, específico, calor, masas, temperatura, solido, error.
Abstract
The experience was to determine the specific heat S. UN solid material Using Water As Reference Substance SPECIFIC Cuyo heat value is 1.0 cal / g ° C . In the laboratory data concerning the formula were found para Determine the Specific Heat of Solid SUCH , in Which it had to find a Different water masses (AS status ) Different water temperatures and the inner mass of the glass colorimeter to Igual Que Exposed Solid mass . He finished the calculations was observed that the data obtained WERE no longer expected UN That mistake had 488.7 % was observed Compared To The experimental value of 0.63 cal / g ° C is less than the theoretical value of iron That is 0107 Cal / g ° C , which is caused the error% very High was, WHEREOF concluded DUE that was an error Experimental Procedure BECAUSE tHAT no one was fulfilled with the Millennium .
KeywordsDetermine calorimeter , specific heat, mass , temperatura, solid, error.
1. Introducción
Una de las leyes de la termodinámica, más conocida como la ley cero establece la
transitividad de equilibrios térmicos; este siendo su enunciado: “si un cuerpo A está en equilibrio térmico con uno B y este B lo está con otro C entonces A y C están en equilibrio térmico”. De una manera más clara se puede determinar que
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si dos cuerpos se ponen en contacto con diferente temperatura pasado un tiempo pueden llegar a la misma temperatura, esto también conocido como equilibrio térmico, pudiéndose comprobar por medio de un calorímetro, que sirve en pocas palabras para determinar el calor específico de un cuerpo.
2. Fundamentos Teóricos
2.1 La temperatura.La temperatura es la sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en contacto con él. Ante esta interviene el calor conceptualizado cómo la transferencia de energía. Construyendo el concepto de calor específico o capacidad calorífica específica, con respecto a lo anterior, este se define como la cantidad de calor que hay queproporcionar a un gramo de sustanciapara que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua cvale 1cal/(g ºC) ó 4186 J(kg ºK). Ademásse debe conocer el calorímetro, cómoinstrumento para hallar el calor específico. Éste está compuesto por un vaso (Dewar) o en su defecto, convenientemente aislado. El vaso se cierra con una tapa hecha de material aislante, con dos orificios por los que salen un termómetro y el agitador. [1]
2.2 Los métodos calorimétricos se fundan en:
Principio de conservación de la energía:
Cuando dos cuerpos se ponen en contacto en un sistema aislado del exterior (proceso adiabático), la cantidad de calor que pierde uno es igual a la cantidad de calor que gana el otro”.
La Ley cero de la termodinámica:
La cual 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 alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto. [2]
Primera ley de la termodinámica:
Esta se refiere al concepto de energía interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema cerrado
adiabático con una determinada energía interna, se realizaun trabajo mediante un proceso, laenergía interna del sistema variará. A ladiferencia de la energía interna del sistema a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energía transferida al sistema por medios no mecánicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metálico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajosobre el sistema y en el segundo letransmitimos calor. Cabe aclarar que laenergía interna de un sistema, el trabajoy el calor no son más que diferentesmanifestaciones de energía. Es por eso que la energía no se crea ni se destruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones. La unidad de calor específico en MKS escala/ (g ºC) sin embargo, debemos de ir acostumbrándonos a usar el SistemaInternacional, y expresar el calor específico en J/(kg·K)La cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo se calcula mediante la siguiente fórmula:
Q=m·c· (Tf-Ti)Donde (m) es la masa, c es el calor específico, (Ti) es la temperatura inicial y (Tf) la temperatura final.
● Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0
● Si Ti<Tf el cuerpo recibe calor Q>0Supongamos que el calorímetro está a la temperatura inicial T0, y sea
● mv es la masa del vaso del calorímetro ycv su calor específico.
● mt la masa de la parte sumergida del termómetro y ct su calor específico.
● m la masa de la parte sumergida del agitador y ca su calor específico.
● M la masa de agua que contiene el vaso, su calor específico es la unidad.
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Por otra parte: Sean m y c las masa y el calor específico del cuerpo problema a la temperatura inicial T .En el equilibrio a la temperatura Te se tendrá la siguiente relación.
(M+mv·cv+mt·ct+ma·ca)(Te-T0)+m·c(Te-T)=0
La capacidad calorífica del calorímetro esk= mv·cv+mt·ct+ma·ca
Se le denomina equivalente en agua del calorímetro, y se expresa en gramos de agua. Por tanto, representa la cantidad de agua que tiene la misma capacidad calorífica que el vaso del calorímetro, parte sumergida del agitador y del termómetro y es una constante para cada calorímetro. El calor específico desconocido del será por tanto
En esta fórmula tenemos unacantidad desconocida k, que debemos determinar experimentalmente. [3]
3. Desarrollo experimental
Para realizar el experimento de calor específico de sólido se empleó como material una barra de hierro (tuerca), esta se le tomó su masa a través de la balanza, se realiza el mismo procedimiento con el vaso del calorímetro. (Figura 1.) Luego se toma la barra de hierro (tuerca) y se introduce en el vaso del calorímetro y se tapa. Después de un determinado tiempo se le mide la temperatura. (Figura 2.)Por otra parte se toma un vaso de precipitación, al cual se le agrega agua y se expone al fuego hasta llegar de 70oC, (Figura 3.) ya obtenida dicha temperatura se agrega el agua caliente en el recipiente que conteniente al agua fría y la tuerca. Posteriormente se mide la temperatura final de dicha mezcla y se realizan los cálculos.
Figura 2.toma de temperatura del agua y la masa.
Figura 3. Beake, termómetro y agua caliente.
4. Datos obtenidos del laboratorio.
Ya habiendo obtenido los resultados del agua tanto su temperatura y su masa dentro y fuera del calorímetro estas son resumidas en la tabla 1.
Tabla 1. Resultados obtenidos de masa y temperatura
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Masa del material desconocido
Masa del calorímetro
Masa del agua fría
Masa del agua caliente
Temperatura inicial del calorímetro bloque y agua fría
Temperatura inicial del agua caliente
Temperatura final de la mezcla
mb(g) mc(g) m1(g) m2(g) Ti(°C) Ti´(°C) Tf(°C)
16,3 40,7 50,8 144 23 70 58
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Tabla 2. Cantidades a medir.
4. Cálculos y análisis de resultadosPara establecer el calor específico de un sólido a través del calorímetro esta dado en la siguiente ecuación:Csólido=
¿mc (Tf −Ti ) Ccalorimetro+Cagua [m 1 (Tf −Ti )+m2 (Tf −Ti´ ) ] /mb(Ti−Tf )
De los cuales dichos valores fueron calculados en el laboratorio (Tabla 1.) los datos trabajados fueron los del Grupo # 3 teniendo en cuanta eso, se prosigue a reemplazar los valores en la fórmula:
Cagua=¿1,0 Cal
goC
Caluminio=¿0,22 Cal
goC
C (solido)=
40,7 (35 ) 0,22+1,0 [50,8 (35 )+144,3 (−12 ) ] /¿ ¿16,3 (−35 )
La ecuación no arroja un resultado deC (solido)=
= −0,63 Cal/g °C
Teniendo en cuanta la tabla de valores específicos
Según el análisis realizado de las
transferencias
de energía en forma de calor, y comparando el dato obtenido de 0,63 cal /g °C con los datos
de los demás (Tabla 2.) se concluye que el
material con el cual está hecho el vaso interior
del calorímetro es de aluminio el cual tiene un
valor de 0,22 cal /g °C y el material (tuerca) que
se trabajo fue de el hierro y según la tabla tiene
un 0,107 cal /g °C
Cálculo del error porcentual:El error porcentual para la calorimetría está dado por:
Cc% ¿|Vteo−Vexp|×100Vteo
Csolido% ¿|0,107−0,63|× 1000 ,107
Por lo que
Csolido=488,7 %
Por lo que podemos decir que:
Este error tan elevado es a causa de errores experimentales en el laboratorio como el no cumplir con una temperatura adecuada en el laboratorio esto debido a que el aula tiene aire, otra es al mezclar el agua caliente con la fría, el acto de abrir la tapa del calorímetro y no cerrarla al instante genera también alteraciones en la temperatura.
Por otro lado comparando los datos se percató que la temperatura final de equilibrio no quedo muy cercana a la temperatura inicial del agua caliente, de esto se concluye que debido a que la temperatura final no es fija sino que fluctúa alrededor de la temperatura de equilibrio, las fluctuaciones, como podemos verificar, disminuyen al incrementarse el tamaño del sistema en este caso los volúmenes de los cuerpos fueron distintos, la sustancia de mayor
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Masa del material desconocido
Masa del calorímetro
Masa del agua fría
Masa del agua caliente
Temperatura inicial del calorímetro bloque y agua fría
Temperatura inicial del agua caliente
Temperatura final de la mezcla
mb mc m1 m2 Ti Ti´ Tf31,8g 46,3g 63,7g 278,9g 22oc 700c 450c16g 44g 50g 142,5g 260c 700c 540c16,3g 40,7g 50,8g 144,3g 230c 700c 580c7,9g 43,7g 48,3g 146g 210c 700c 520c25,4g 45,8g 48,2g 146,2g 260c 700c 540c
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temperatura tuvo el triple que la del agua menor.Según la guía una de las pregunta era porqué se tenía en cuenta siempre el vaso interior del calorímetro y no el vaso exterior, de esto se puede decir que el vaso interior es el que está aislado este aislamiento se me permite el vaso exterior el cual está diseñado con materiales aislantes (corcho, tergo Pol etc.) para que el vaso en su interior mantenga una temperatura equilibrada.
5. Conclusiones
Después de realizar la experiencia y haber calculados los respectivos cálculos se concluye que el material trabajo evidentemente es el hierro, el cual según nuestros cálculos tiene un calor especifico experimental de 0,63 Cal/g °C del cual se arrojó un error experimental muy elevado esto debido a errores cometidos en el laboratorio.
Bibliografía
[1] Gil, S. y Rodríguez, E. Física re-Creativa, Prentice Hall, Buenos Aires, 2001.
[2] Realizada por Luis A RodríguezFísica. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A.Barcelona ( España); 1933
[3] Wales,J. Vaso Dewar. calorimetria. []. Disponible:http://es.wikipedia.org/wiki/Vaso_Dewar
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