UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA

Transcripción

1 Térmica PRÁCTICA 7: Capacidad térmica específica de metales OBJETIVO: Identificar algunos metales de trabajo. Determinar cualitativamente el valor de la capacidad térmica específica de algunos metales con base en la cantidad de parafina que funden. MATERIAL: Cantidad 3 Cilindros de metal 1 Balanza granataria de triple brazo 1 Recipiente metálico 1 Pinzas para tubo de ensayo 1 Soporte para metales 1 Parrilla eléctrica 1 Trozo de parafina de masa ±50 gramos 1 Calibrador convernier Bases teóricas El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia de temperaturas. La teoría moderna del calor la da a conocer James Joule demostrando que la ganancia o pérdida de una cantidad determinada de calor va acompañada de la desaparición o aparición de una cantidad equivalente de energía mecánica. El calor, por tanto, es una energía que no se conserva. La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra energía en forma de calor. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un sistema es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia cuando no hay cambio de fase en la misma. A esta manifestación de energía en forma de calor se le conoce como CALOR SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera.

2 Q = mc ΔT Donde: Q = calor m = masa c = capacidad térmica específica ΔT = gradiente de temperatura c es la constante de proporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica específica de la sustancia, se puede obtener como el cociente de la capacidad térmica (C) entre la masa (m), es decir: Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por incremento de temperatura. La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse adecuadamente calentándola a una cierta temperatura, situándola en una cantidad de agua, de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando llegue al equilibrio térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su entorno, el calor que sale de la sustancia tiene que ser igual al calor que entra en el agua y en el recipiente. Este procedimiento se conoce como CALORIMETRÍA y el recipiente aislado que contiene el agua técnicamente se conoce como calorímetro. Sea m la masa de la sustancia del cuerpo, c su capacidad térmica específica y Ti su temperatura inicial. Si Tf es la temperatura final de la sustancia dentro del calorímetro, el calor que fluye de la sustancia es: Q sale mc )

3 De la misma manera, si es la temperatura inicial del agua y del recipiente, y T f su temperatura final (la temperatura del cuerpo y del agua serán la misma, puesto que finalmente alcanzarán el equilibrio térmico), el calor absorbido por el agua y el recipiente es: Q entra m a c a ) m c c c ) En donde: m a = masa de agua c a = capacidad térmica específica del agua m c = masa del recipiente c c = capacidad térmica específica del recipiente Observe que en estas relaciones se ha presentado las diferencias de temperaturas de forma que tanto el calor cedido como el calor recibido sean cantidades positivas. Igualando estas cantidades de calor, puede obtenerse la capacidad térmica específica de la sustancia. Q sale Q entra O bien: mc ) m a c a ) m c c c ) Como en la relación anterior sólo aparecen diferencias de temperaturas y los grados Celsius y los kelvin tiene la misma magnitud, pueden medirse todas las temperaturas bien en la escala Celsius o en la Kelvin sin que se vea afectado el resultado Calorímetro El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los sistemas, es decir, sirve para determinar la capacidad térmica específica del sistema y para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los sistemas.

4 El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado que contiene agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Los calorímetros suelen incluir su equivalente para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes. Esquema: Termo, como calorímetro.

5 DESARROLLO: 1. Poner agua en el recipiente metálico y calentar éste en la parrilla al máximo nivel de calentamiento 2. Medir cinco veces como mínimo la masa y las dimensiones de cada metal de trabajo (no golpear los metales). 3. Colocar los metales en el soporte para metales y sumergirlos completamente en el agua sin que toquen el recipiente. 4. Esperar a que el agua hierva y mantener los metales sumergidos durante dos minutos 5. Con cuidado sacar uno a uno los metales con el tubo de ensayo y colocarlos inmediatamente con las pinzas para colocarlos inmediatamente sobre el trozo de parafina. 6. Cuando los metales se hayan enfriado quitarlos de la parafina y lavarlos con agua caliente. 7. Medir las dimensiones de la huella dejada en la parafina por cada metal. 8. Tirar el agua en el recipiente destinado para ello, no tirar esta agua en la tarja. Esquema Figura.1 Equipoymaterialautilizar 5

6 Resultados Para cada metal llenar las tablas: Tabla # 1 Características y dimensiones de las muestra metálicas. Medición # Peso (g) D d H V (cm 3 ) experimental (g/cm 3 ) tablas (g/cm 3 ) Metal identificado C (cal/gδºc) Tabla # 2 Dimensiones de la huella de cada muestra en la parafina para obtener la masa fundida. Medición # Ø H V (cm 3 ) Donde: Actividad: 1 V = volumen c= capacidad térmica específica ρ = densidad Relacionar el valor del volumen de cada huella en la parafina con la cantidad de calor que cada metal cedió a la parafina para determinar su valor de capacidad térmica específica. Nota: En esta actividad no es posible obtener un valor experimental de capacidad térmica específica de los metales 6

7 CONCLUSIONES: RECOMENDACIONES: BIBLIOGRAFÍA: 7