Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad AlimentariaUniversidad NacionalMayor de San Marcos(Universidad del Per, DECANA de Amrica)

ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS

INFORME N 10 DEL LABORATORIO DE FISICA

CALORES ESPECIFICOS Integrantes :

12160178CALSINA QUISPECONDORI, RICARDO

12160205VASQUEZ YRIGOYEN , STEVEN

12160046CUCHILLO QUISPE , MIRKO

972658INCA ESPINOZA , VICTOR

Profesor : CARLOS ECHELaboratorio N 10 : 24 de mayo del 2013

CALORES ESPECIFICOS

OBJETIVOS

Determinar el calor especfico de objetos slidos, mediante el mtodo de las mezclas.

EQUIPOS Y MATERIALES

1 Equipo de calentamiento 1 Soporte universal 1 Calormetro de mezclas 1 Probeta graduada 1 Balanza 1 Clamp 1 Varilla metlica 1 Termmetro Vaso de precipitado Muestras metlicas Agua FUNDAMENTO TEORICO

La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es directamente proporcional a la variacin de la temperatura T, ( T ).

(1)

Tambin, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa m,

(2)

El calor especfico (c ) de un cuerpo se define como:

(3)

Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el medio que lo rodea, mientras que dT es el elemento de variacin de temperatura que experimenta los cuerpos.La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se utilizar el mtodo de mezclas y el proceso de medida se realizar a presin constante.

Mtodo de Mezcla

Cuando el intervalo de temperatura no sea muy amplio se utiliza el mtodo de mezclas, el cual conduce a la determinacin del calor especfico medio; aqu se hace uso del balance de energa.

Sea una porcin de agua de masa en un calormetro de masa , ambos a la temperatura y otro cuerpo de masa a otra temperatura .

Llamemos ca al calor especfico del agua, calor especfico del calormetro y al calor especifico del cuerpo.

Despus de un tiempo prudencial de haberse mezclado el agua con el cuerpo el sistema adquirir una temperatura de equilibrio . Se encuentra la ecuacin,

(4)

Conociendo el calor especfico del agua y del calormetro, el calor especfico del cuerpo queda automticamente determinado.

PROCEDIMIENTO

MONTAJE - DETERMINACIN DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORMETRO

1. Monte el equipo como muestra el diseo experimental de la Figura.2. Coloque en el calormetro una masa de 150 g de agua (para la medida del volumen utilice la probeta graduada).3. Tome la temperatura en el calormetro.4. Mida la masa de la primera muestra cilndrica y complete la Tabla vaso (Dewar)calormetro

Tabla 1 ( Estao )

150 g

20

70.2

100

5. Deposite la muestra en el vaso de precipitados que contiene 500 ml de agua y somtala a la accin trmica, hasta que alcance la temperatura de ebullicin.6.Deje hervir la muestra de 7 a 10 minutos.

7.Retire la muestra del agua caliente e introdzcala rpidamente en el calormetro. Tpelo inmediatamente. Anote la temperatura en el momento que llegue al equilibrio .8.Realice la misma operacin con muestras de sustancias diferentes. Coloque en el vaso con agua en hervor una muestra cada vez.9.Complete la Tabla 2 y determine el calor especfico de las muestras. No olvide acompaar a cada valor su error experimental.

Tabla 2

BloqueMuestra1 AlMuestra2 SnMuestra3 Cu

(C)202020

(C)100100100

(C)232324

(g)26.7 70.248.2

c

I. EVALUACIN

1. A partir de los datos de la tabla 2 y de la ecuacin (4) halle los calores especficos de los bloques utilizados en la experiencia.

MUESTRA 1MUESTRA 2MUESTRA 3

CALORES ESPECFICOS

2. Busque los valores tericos de los calores especficos de los bloques trabajados en clase y halle el error porcentual con los valores que Ud. hall en el laboratorio. Si el error le sale mayor a 10%, justifique por qu?

3. Qu es un calormetro? Descrbalo y explique cmo funciona.

Es un recipiente trmicamente aislante (sistema adiabtico) que encuentra aplicacin para determinar experimentalmente calor especfico desconocido. Existe un agujero donde se introduce un termmetro que indica la temperatura antes de la mezcla y despus de hacerla, en el equilibrio trmico.

4. Investigue cuntos tipos de calormetros hay en el mercado y cules son sus usos de cada uno de ellos.

CALORMETROS El calormetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor especfico de un cuerpo, as como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calormetro de uso ms extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termmetro. Se coloca una fuente de calor en el calormetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termmetro. Si se conoce la capacidad calorfica del calormetro (que tambin puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energa liberada puede calcularse fcilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor especfico y el calor latente pueden ir midindose segn se va enfriando el objeto. El calor latente, que no est relacionado con un cambio de temperatura, es la energa trmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de lquido a slido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reaccin qumica, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calormetro y la reaccin se provoca por ignicin, con ayuda de una chispa elctrica.

Un calormetro es un recipiente con dos cmaras. La primera cmara tiene la reaccin que se quiere medir. La segunda cmara tiene un volumen medido de agua. Estas dos cmaras estn separadas por una pared de metal que conduce el calor de la reaccin con el agua sin dejar que se mezclen. Ambos estn aislados por lo que el calor se queda dentro del calormetro tanto como sea posible. Un termmetro mide la temperatura del agua. El termmetro es sellado alrededor del calormetro para evitar que el calor y el agua se escapen.

USO

Para utilizar el calormetro, un cientfico pondr una cantidad precisa conocida de agua pura en la cmara de agua. La cantidad puede variar, pero 100 mililitros (ml) es lo tpico. A continuacin, lee y registra la temperatura del agua. Luego se dosifica la cantidad exacta de productos qumicos que quiere estudiar, los pone en la cmara de reaccin, y se cierra la tapa. Se observa el termmetro muy de cerca por los cambios en la temperatura. A medida que la reaccin qumica progresa, la temperatura va a subir o bajar. Si sube, se alcanzar un valor mximo, luego disminuir. Lo contrario tambin es vlido si la temperatura baja. Es importante tener en cuenta la temperatura mxima o mnima.

CLCULO

Una vez que esta temperatura se encuentra, el cientfico determina la energa de la reaccin de restar la temperatura inicial de la final, y luego multiplicar por la cantidad de agua utilizada, en este caso, 100 ml. Si la temperatura inicial es de 24C y la final es de 26C, se obtiene (26 - 24) x 100 = 200 caloras. Puesto que la temperatura subi, llamamos a esto una reaccin exotrmica, desprendiendo calor. Si la temperatura baj, se lo llamara una reaccin endotrmica, la absorcin de calor.

EL ROL DEL AGUA

El agua es la clave para hacer el trabajo calormetro. La definicin de la calora se establece como la cantidad de energa que eleva la temperatura de 1 ml de agua un grado Celsius. Que tambin se le llama capacidad calorfica especfica del agua. Cuando el agua se congela en hielo o hierve en vapor, la capacidad calorfica especfica cambia. Pero en la medida que estamos tratando con el agua lquida, podemos contar con la relacin.

Ventajas: alta precisin estabilidad de calibracin

Desventajas: baja velocidad de respuesta muy voluminosos

Tipos de calormetros: estticos no estticos Dryload calorimeter microcalormetro calorimetro de flujo

otros tipos de calormetros calormetro adiabtico calormetro de cambio de estado

CALORMETRO ADIABTICO

Los calormetros adiabticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo: 1. Cuando la generacin de calor es tan rpida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda durante el perodo en que se lleva a cabo la medida. 2. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia trmica RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida est lo ms aislado posible. 3. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo ms semejante posible a la de la celda. Para cumplir con las condiciones anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar constituido por un recipiente empacado al vaco, como es el caso de los vasos Dewar, por escudos metlicos que impidan la transferencia de calor, por materiales plsticos de baja conductividad trmica o por la combinacin entre varios de estos.

Durante la experiencia calorimtrica cualquier calor generado o consumido en la celda lleva a un cambio en la temperatura. En los calormetros adiabticos se presenta un control estricto en la temperatura de los alrededores, lo que hace necesario el uso de adecuados controles electrnicos que mantengan constante el gradiente de temperatura entre la celda y los alrededores de tal forma que el intercambio de calor entre estos sea lo ms pequea posible, en teora nula.

CALORMETRO ISOPERIBLICO

Un calormetro isoperiblico mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo. Existe una resistencia trmica RT, de magnitud definida entre los alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura entre estos (AT es igual a la temperatura de los alrededores y CT igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como AT es constante entonces el flujo de calor es una funcin de TC. Si la generacin de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los alrededores TA. La siguiente figura muestra un esquema de la disposicin de este tipo de calormetros.

CALORMETRO DOUBLE DRY

Muchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de referencia. El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas.

En teora los efectos de las fluctuaciones de la temperatura externa se cancelan debido a la simetra, sin embargo si los alrededores no tienen una temperatura uniforme el gradiente de temperatura puede causar error.

El elemento de absorcin de la carga es usualmente un thin film resistor, aunque dielctricos de bajas prdidas son usados para las versiones de guas de ondas. El sensor de temperatura es montado en el lado de afuera de la carga en una posicin donde no es influenciado directamente por los campos electromagnticos. Siendo sta una de las caractersticas distintivas de un calormetro y es esencial para su alta precisin.

4. CONCLUSIONES

En la prctica realizada se aplic la Ley de equilibrio Trmico a sistemas termodinmicos tambin se comprob el principio de la conservacin de la energa, el cual establece que la energa total inicial de un sistema es igual a la energa final total del mismo sistema. Recocimos al calor como energa, que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razn, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio trmico, y afianzamos los conceptos de calor, temperatura y calor especfico. Se puede ver tambin que cada sustancia tiene un calor especifico distinto ya que en este caso se tomaron 3 muestras distintas y se sometieron a las mismas condiciones en el experimentales.

RECOMENDACIONES Se recomienda sumergir completamente la muestra (cilindro) en el agua sin tocar los lados o el fondo del recipiente, para evitar un calentamiento desproporcionado. El slido debe permanecer al menos 7 minutos en el agua hirviendo para que este alcance de manera uniforme la temperatura del agua es decir 100 C Se recomienda al momento de mezclar la muestra (cilindro) en el agua a temperatura ambiente (calormetro ), esta operacin debe ser rpida y se debe cerrar hermticamente el calormetro para evitar errores al medir la temperatura de equilibrio.