PRACTICA 9 CALOR ESPECIFICO OBJETO Determinar calores específicos por el método de las mezclas. MA TERIAL líquidos. Vaso calorimétrico. Termómetro. Probeta graduada. Cazo eléctrico hervidor de FUNDAMENTO Conceptos básicos: Temperatura (T) o nivel térmico: es una cierta medida de la energía cinética media de las moléculas de un objeto. Calor (O): energía que pasa de un cuerpo a otro debido a la diferencia de temperaturas. El calor que recibe un cuerpo aislado lo emplea en aumentar su energía interna, es decir, en subir la temperatura o en romper los enlaces en los cambios de fase. (c): calor necesario para elevar la temperatura de la unidad de masa de sustancia 1 cc. El calor específico es una propiedad característica de cada sustancia independiente de la masa. Caloría: es la cantidad de calor necesaria para aumentar, a la presión normal, la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 C. Cantidad de calor por variación de temperatura: es el calor que necesita un cuerpo de masa m y calor específico c para elevar su temperatura de ti a tr 0= m c ( tr - ti ) Calor latente de cambio de fase (L): calor necesario para que la unidad de masa cambie de fase (la temperatura permanece constante). Cantidad de calor por, cambio de fase: es el calor que necesita un cuerpo de masa m y calor latente L para cambiar de fase. O=m.L 1
Masa equivalente en agua de un cuerpo (M): es la masa de agua que requiere la misma cantidad de calor que un cuerpo para elevar su temperatura un grado. Si c es el calor específico del cuerpo y m su masa: M = m.c (gramos de agua), ya que c(agua)=1 cal/goc. Ejemplo: Para calentar 1 litro (1000 gramos) de agua de 0 a 30 C se necesitan Q= 1000.1 (30-0)=10.000 calorías, y se comprueba que hay que aportar 1.000 calor:as., por lo que dedt;cimos qu~.000 calorías se F!mplea!1 en calentar el recipiente (con mr y Cr difíciles de calcular): Q'=mr.cr(30-0)=.000 calorías, esto indica que la masa equivalente en agua del recipiente es M=mr.cr=00 g de agua. Principio de mezclas: cuando se mezclan dos cuerpos que están a diferentes temperaturas, el que la tiene más alta (t) cede calor al que la posee mas baja (t1) hasta quedar ambos a la misma temperatura final (tf). De este modo, el calor que cede el cuerpo más caliente es igual al calor que absorbe el cuerpo más frío. (Se conserva la energía cuando estos cuerpos están aislados). m C ( t - ti) = m1 C1 (ti - t1 ) (1) Temperatura de ebullición. Esta temperatura (teb) depende de la presión atmosférica. Hay que medir esta presión en el barómetro y calcular la teb a partir de la tabla que correlaciona ambos valores: P(mm Hg) 695 700 705 710 715 70 75 730 735 740 teb(:c) 97,5 97'7 97'9 98'1 98'3 98'5 98'7 98'9 99'1 99' REALIZACION 1. Determinar la masa equivalente en agua del calorímetro. Como el vaso del calorímetro y el termómetro tienen masas que van a sufrir cambios de tempertura, y tienen calores específicos difíciles de determinar, conviene calcular globalmente su masa equivalente en agua M - Se pone agua fría m a, (de 100 a 00 g) en el calorímetro, se agita suavemente el vaso, se espera a que se alcance el equilibrio y se anota esta temperatura (ti).
- Se calienta un cilindro de hierro de CFe = 0,1 cal/goc en un cazo lleno de agua hirviendo. - Se pone el cilindro en el calorímetro, se agita suavemente el vaso durante unos segundos. Después se introduce el termómetro, se espera hasta que se alcance el equilibrio térmico y se anota la temperatura final (tt). - Se ~plica la et;uación (1) Y se calcula 1 masa equivalente en agua del calorímetro y del termómetro (M). ( ma+ M ) ( ti - ti ) = mfe cesp ( teb - ti ) ma = g mfe= g teb = oc I r'1edidas j\1edidas I ti ti ti I M I M (media) 1.. Determinar el calor específico de dos cilindros de metal. Se procede siguiendo cada paso indicado en 1. - Se pone agua fría ma en el calorímetro y se anota la temperatura (ti). - Se calienta el metal a estudiar en el cazo con agua hirviendo (teb) - Se mete el metal en el calorímetro y se mide la temperatura final (t,). - Se aplica el principio de las mezclas y se calcula el calor específico del metal. después de medir la masa mm del cilindro utilizado Cr", = (ma+m).(r -r ) 111Il,(rt"b-r ) ma = g teb = oc Material ti t, c c (medio) Aluminio 1) m(a)= ) Latón 1) m(g)= ) 3
- Se calienta un cilindro de hierro de CFe = 0,1 cal/goc en un cazo lleno de agua hirviendo. - Se pone el cilindro en el calorímetro, se agita suavemente el vaso durante unos segundos. Después se introduce el termómetro, se espera hasta que se alcance el equilibrio térmico y se anota la temperatura final (tt). - Se eplica la ecuación (1} Y $e calcula le masa equivalente en agua del calorímetro y del termómetro (M). ( ma+ M ) ( ti - ti ) = mfe cesp ( teb - ti ) ma = g mfe= g teb = oc. I ~1edidas <media -j\1edidas I t; ti I :' tf I M I M (media) 1.. Determinar el calor específico de dos cilindros de metal. Se procede siguiendo cada paso indicado en 1. - Se pone agua fría ma en el calorímetro y se anota la temperatura (ti). - Se calienta el metal a estudiar en el cazo con agua hirviendo (teb) - Se mete el metal en el calorímetro y se mide la temperatura final (tf). - Se aplica el principio de las mezclas y se calcula el calor específico del metal. después de medir la masa mm del cilindro utilizado Cr\P= (1I/{I+M).(tf-t;) 1/1,,1 ( tt'b-tf ) ma = g teb = oc Material ti ti c c (medio) Aluminio 1) m(a)= ) Latón 1) m(g)= ) 3
CUESTIONES 1. Para qué se halla la masa equivalente? De qué valores depende? Qué cuidados hay que tener para obtener el menor error posible?. De qué depende el valor del calor específico? Explícalo a partir de su definición. Depende de la masa? 3. Distingue los conceptos de calor y temperatura. 4. Si a un trozo de hielo a -10OG le damos calor de forma continua. qué sucede a su temperatura y a su energía interna en función del tiempo? Representa la gráfica T =f(t) sabiendo que c(hielo)=c(vapor)=o,5 cal/gog, c(agua)=1 cal/gog, L(fusión)=80cal/g y L(vaporización)=540 cal/g. Gómo serán las pendientes en cada una de las fases? 5. Se cumple el principio de la conservación de la energía en el principio de las mezclas? 6. Explica qué sucede en la olla a presión para que se cuezan antes los alimentos. 4