UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS Asignatura: FÍSICA II

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Nieves Flores Herrero
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UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS Asignatura: FÍSICA II LABORATORIO DE FÍSICA CICLO: AÑO: Laboratorio: 08 Laboratorio 08: CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL I.

1 UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS Asignatura: FÍSICA II LABORATORIO DE FÍSICA CICLO: AÑO: Laboratorio: 08 Laboratorio 08: CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL I. OBJETIVOS General Aplicar el Método de las Mezclas, transfiriendo calor entre objetos que se encuentran en un sistema aproximadamente aislado. Específicos Determinar la Capacidad Calorífica (C) de un calorímetro. Determinar el Calor Específico (c) de una muestra metálica. Identificar en base a los resultados del experimento, el metal que constituye la muestra. II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Si metemos una cuchara fría en una taza de café caliente, la cuchara se calienta y el café se enfría para acercarse ambos al equilibrio térmico. La interacción que causa estos cambios de temperatura es básicamente una transferencia de energía de una sustancia a otra. La transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia de temperatura se llama Flujo de Calor o Transferencia de Calor, y la energía transferida se llama Calor. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una masa m de un cierto material o sustancia, de una temperatura inicial a una temperatura final, se expresa mediante la siguiente ecuación. (Ec.1) Donde c, se denomina Calor Especifico del material. Para un cambio infinitesimal de temperatura, la cantidad de calor correspondiente se expresa de la siguiente manera: (Ec. 2) La cantidad de calor Q, puede ser positiva o negativa. Por convención si el calor se suministra al sistema es positivo, y negativo si se extrae de él. (Ver figura 1) Figura 1: Convención del signo para el calor Q. La calorimetría se encarga de medir las cantidades de calor transferido, basándose en el Principio de Conservación de la Energía así, si fluye calor entre dos cuerpos aislados de su entorno, el calor perdido por un cuerpo es igual al calor ganado por el otro cuerpo. Si interaccionan varios cuerpos, la suma algebraica de las cantidades de calor transferido entre todos los cuerpos debe ser igual a cero. Calor Específico de un Metal Pág. 1

Específicos Determinar la Capacidad Calorífica (C) de un calorímetro. Determinar el Calor Específico (c) de una muestra metálica.

2 III. TAREA PREVIA 1.) Defina los siguientes conceptos: Calorimetría Calorímetro Sistema aislado, adiabático y cerrado 2.) Investigar Enunciado de la Ley Cero de la Termodinámica Enunciado del Principio de Conservación de la Energía En qué consiste el Método de Mezclas? Los calores específicos de los siguientes solidos: Cobre, Hierro, Aluminio, Plomo, Agua líquida, Vapor de Agua. Expréselos en unidades de (J/kgK) (Indicar fuente bibliográfica). 3.) Se recomienda resolver problemas de aplicación sobre capacidad calorífica y calor específico, haciendo uso de la bibliografía sugerida por el docente de teoría. IV. MATERIALES Y EQUIPO Cantidad Material/Equipo 1 Calorímetro 1 Termocupla 1 Cocina 1 Beaker 1 Muestra Metálica 1 Balanza 1 par Guantes 1 Soporte Vertical con Base V. PROCEDIMIENTO Esquema de un calorímetro y sus partes. Figura 2: Representación esquemática de un calorímetro e identificación de sus partes. Calor Específico de un Metal Pág. 2

Los calores específicos de los siguientes solidos: Cobre, Hierro, Aluminio, Plomo, Agua líquida, Vapor de Agua. Expréselos en unidades de (J/kgK) (Indicar fuente bibliográfica). 3.

3 PARTE A: DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN CALORÍMETRO. a) Mida en la balanza, la masa del calorímetro formado por el vaso y la tapa del mismo. Anótela en la tabla 1. b) Con el calorímetro tapado, mida con el termómetro la temperatura en su interior, esto será la temperatura inicial T0 del calorímetro. c) Caliente 300 ml de agua en un beaker hasta una temperatura aproximada de 80 C. Justo cuando el termómetro indique los 80 C registre esta temperatura como la temperatura inicial del agua. d) Vierta rápidamente el agua caliente (80 C) en el calorímetro, tápelo y agite en forma continua y sin que se salpique la cubierta interior de poliestireno de la tapadera. e) Mida con ayuda del termómetro, la temperatura de Equilibrio Térmico TE del sistema Calorímetro-Agua. f) Finalmente, por diferencia de masas, calcule la cantidad de agua caliente que se agregó al calorímetro. g) Con los datos obtenidos, llene la tabla 1. Temperatura Inicial del Calorímetro ( C) Temperatura inicial del Agua Caliente ( C) Masa de agua caliente (kg) Temperatura de Equilibrio Térmico ( C) TABLA 1 PARTE B: DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECIFICO DE UN METAL a) Es conveniente, antes de iniciar con esta parte, que se enfríe el calorímetro para lo cual se recomienda agregar agua fría y dejarlo reposar unos cinco minutos mientras alcanza la temperatura ambiente. b) Mida con la balanza, la masa de la muestra metálica. Asegúrese de medir nuevamente la masa del calorímetro vacío. c) Coloque aproximadamente 300 ml de agua a temperatura ambiente dentro del calorímetro, mida la masa total del sistema y la temperatura inicial del sistema Calorímetro-Agua. Traslade estos datos en la tabla 2. d) Caliente 350mL de agua en el beaker y coloque la muestra metálica dentro del beaker con agua de tal manera que ésta no toque el fondo del beaker pero que quede completamente sumergida en el agua (de ser necesario agregue más agua). e) Caliente el conjunto hasta que ambos alcancen una temperatura de ebullición. Manténgase en esta condición un tiempo aproximado de cinco minutos. Y luego anote el valor de esta temperatura en la tabla 2, esta temperatura será la temperatura Inicial de la Muestra Metálica T0 MUESTRA. f) Retire del beaker únicamente la muestra metálica e introdúzcala rápidamente dentro del calorímetro con agua fría, tápelo y agite aproximadamente por un minuto. Registre con ayuda del termómetro, la temperatura de Equilibrio Térmico TE (C-A-M) del sistema Calorímetro-Agua-Muestra. g) Con los datos obtenidos complete la tabla 2. Masa total Agua en el calorímetro (kg) Masa de la muestra Metálica (kg) Temperatura inicial del Sistema Calorímetro-Agua ( C) Temperatura inicial de la Muestra Metálica ( C) Temperatura de Equilibrio Térmico del Sistema Calorímetro-Agua-Muestra( C) TABLA 2 Nota: Una vez terminada la toma de datos, limpiar y ordenar su mesa de trabajo antes de retirarse. Calor Específico de un Metal Pág. 3

c) Caliente 300 ml de agua en un beaker hasta una temperatura aproximada de 80 C. Justo cuando el termómetro indique los 80 C registre esta temperatura como la temperatura inicial del agua.

4 VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1.) Traslade los datos de las tablas 1 y 2 a las tablas 3 y 4, dejando constancia de todos los cálculos y procedimientos realizados. Temperatura Inicial del Calorímetro ( C) Temperatura inicial del Agua Caliente ( C) Masa de agua caliente (kg) Temperatura de Equilibrio Térmico ( C) TABLA 3 Masa total Agua en el calorímetro (kg) Masa de la muestra Metálica (kg) Temperatura inicial del Sistema Calorímetro-Agua ( C) Temperatura inicial de la Muestra Metálica ( C) Temperatura de Equilibrio Térmico del Sistema Calorímetro-Agua-Muestra( C) TABLA 4 2.) En base a los datos de la tabla 3, calcule la Capacidad Calorífica del Calorímetro. No olvidar unidades ni constancia de los cálculos realizados. 3.) En base a los datos de la tabla 4, calcule la Capacidad Específico de la Muestra Metálica. No olvidar unidades ni constancia de los cálculos realizados. 4.) Qué principio físico se aplicó para obtener la capacidad calorífica del calorímetro y el calor especifico de la muestra metálica? 5.) Según el resultado obtenido a qué metal corresponde la muestra metálica? Tome como referencia el dato que obtuvo en su investigación bibliográfica de los calores específicos de diferentes sólidos. 6.) Determine el porcentaje de error en la obtención del calor específico de la muestra metálica. Añada la fuente bibliográfica en su reporte. 7.) Es aceptable el porcentaje de error? Si, No, porque? En ambos casos justifique cuales pudieron ser los factores que pudieron influir en el resultado obtenido? 8.) Elabore 5 conclusiones para su reporte, en base a los resultados obtenidos, causas de error y objetivos de la práctica. Calor Específico de un Metal Pág. 4

Masa de la muestra Metálica (kg) Temperatura inicial del Sistema Calorímetro-Agua ( C) Temperatura inicial de la Muestra Metálica ( C) Temperatura de Equilibrio Térmico del Sistema

5 Departamento de Ciencias Básicas Laboratorios de Física y Química NOTA: HOJA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES. Asignatura: Física II Nombre de la Practica: Calor Específico de un Metal DOCENTE: Fecha: / / G.L.: Miembros del grupo: No Apellidos Nombres Carnet Firma G.T No Aspectos a Evaluar %Asig %Obten Observaciones 1 Presentación (Limpieza, orden, coherencia) 5 2 Tablas 3 y 4 (Completas, Constancia de cálculos, orden) Calculó la capacidad calorífica del calorímetro con sus respectivas unidades. Constancia de cálculos Calculó el calor específico de la muestra metálica con sus respectivas unidades. Constancia de cálculos Explicó qué principio se aplicó para obtener la capacidad calorífica y el calor especifico del calorímetro y de la muestra metálica respectivamente. Identificó el tipo de metal al que corresponde la muestra de acuerdo al resultado de calor específico obtenido. Determinó el porcentaje de error del calor específico experimental con el teórico. Incluyó fuente de consulta. Explicó si es aceptable o no el porcentaje de error obtenido, así como también las posibles causas de error que influyeron en el resultado del mismo. 9 Elaboró las 5 conclusiones TOTAL DE PUNTOS 0 Calor Específico de un Metal Pág. 5

: Fecha: / / G.L.: Miembros del grupo: No Apellidos Nombres Carnet Firma G.T.

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