calor especifico

FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA






TÍTULO DE LA PRÁCTICA


CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO








AUTORES DEL INFORME
Participación (%)













Fecha de realización
Subgrupo









En esta práctica se experimenta con las transferencias de energía en forma de calor entre dos sistemas a distinta temperatura. Concretamente, se tratará decalcular el equivalente de agua para un determinado calorímetro así como el calor específico de un sólido usando este cálculo anterior. Lógicamente, todo girará en torno al alcance del equilibrio térmico por parte de los sistemas una vez mezclados.
La base teórica de la práctica se encuentra por lo tanto en uno de los principios más importantes de la termodinámica: la transferencia de calor entredos sistemas a distintas temperaturas hasta alcanzar el equilibrio térmico, momento en el que cesa esta transferencia de energía por estar ambos a la misma temperatura. Se debe tener en cuenta que el calor viaja del sistema más caliente al más frío debido a que la diferencia de energías () es positiva con respecto al primero.
A nivel matemático la expresión usada para la energía que setransfiere/absorbe en forma de calor por parte de un sistema es la siguiente:
, donde m es la masa del sistema estudiado, c es su calor específico y es la variación de temperatura del sistema. El “calor específico” se define como la cantidad de energía que necesita un gramo del sistema para variar un grado su temperatura. La unidad que usaremos será cal/g, aunque como se ve no está en SI.
Durante lapráctica usamos como instrumento principal un calorímetro o vaso Dewar. Este mecanismo consiste en un vaso de doble pared entre las cuales se hace el vacío para evitar así las transferencias de calor por conducción. La pared más interna está recubierta de una sustancia especial para evitar el calentamiento por radiación. A pesar de todas estas especificaciones el calorímetro no permite una transferenciapura de calor entre los cuerpo frío y caliente que se introducen en él. Esto significa que a la ecuación de energía absorbida y cedida por los sistemas se les debe añadir la energía que transfiere la pared del calorímetro, por el simple hecho de contener a ambos cuerpos. De esta forma la expresión quedaría de la siguiente forma:

Esta energía transferida por el calorímetro se puede cuantificaren términos de una determinada masa de agua que transfiere la misma energía en el experimento que se realice. Una vez obtenido este valor sabemos que el efecto del calorímetro es el mismo que añadirle a la experiencia realizada la masa de agua así obtenida. Esta masa de agua se conoce como “equivalente de agua” característico del calorímetro.
A continuación se plantea a partir de la expresiónfundamental de variación de calor nula lo que ocurriría si introducimos una masa de agua fría junto con una masa de agua caliente en el calorímetro. Se debe tener en cuenta que A es la masa de agua que queremos obtener y que es capaz de transferir la misma cantidad de energía que el calorímetro. La expresión quedaría de la siguiente forma:

Se debe tener en cuenta que se considera que elequivalente de agua parte de la misma temperatura que el agua caliente pues es la primera que se introduce en el calorímetro para la realización de la experiencia. Se considera c (calor específico del agua) = 1 cal/g.
Si despejamos A obtenemos lo siguiente:

De esta forma obtenemos la masa de agua necesaria para compensar la transferencia de calor por parte del calorímetro para esta determinadaexperiencia.
Aprovechando que conocemos el equivalente en agua del calorímetro, así como su calor específico, podemos obtener el calor específico de un sólido mediante un experimento sencillo. Para ello introduciremos el sólido en el vaso Dewar con una temperatura cercana a los 100 grados centígrados mientras que en el interior del calorímetro tendremos preparada agua fría, la misma cantidad con la...