Conservación de la energía

Experimento 3: Conservación de la Energía y Calorimetría
27 de abril de 2010

Universidad de Santiago de Chile. Departamento de Física. Física Experimental IV. Laboratorio de Termodinámica.
Profesores: Álvaro San Martín y Jaime Caballero

Pamela Alejandra Franco Leiva
U2.love.pame@gmail.com

Resumen.
En este experimento se determinó la conservación de la energía entre dos medios encontacto térmico a distintas temperatura, para ello se ha empleado el montaje experimental del calorímetro, determinando la capacidad calorífica de este, la cual resultó Ccal=4,50±0,17[cal/ºC], siendo este valor un promedio de tres muestras, con el objeto de minimizar el error sistemático. Bajo los resultados de la actividad anterior, se midió el calor específico de tres sólidos (Al, Pb, Cu), loscuales fueron comparados con sus valores tabulados. Deduciendo que el calor específico en una propiedad representativa de cada material.

1. Introducción.

El objetivo de esta investigación es cuantificar la transferencia de energía en forma de calor entre dos medios en contacto térmico, a distintas temperaturas y la medición de calores específicos de materiales.

Casi todas las reaccionesquímicas absorben o liberan energía, generalmente en forma de calor. El calor es la trasferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. Con frecuencia se habla de flujo de calor desde un objeto caliente hacia uno frío, dicho tránsito de energía se mantiene hasta que se ha alcanzado el equilibrio térmico. La cantidad de calor que se transfiere desde el líquidocaliente, o la que absorbe el frío, responde a la expresión:
[pic] (1)
Donde; Q es el calor en [cal], m la masa de la sustancia [g], c su calor específico en [cal/gºC] y ΔT la variación de temperatura que experimenta en [ºC].

El estudio de la calorimetría, la medición de los cambios de calor, depende de la compresión de los conceptosde calor específico y capacidad calorífica.
El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La capacidad calorífica de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. La relación entre la capacidad calorífica y elcalor específico de una sustancia es:
[pic] (2)
Donde; C es la capacidad calorífica en [cal/ºC], m la masa de la sustancia en [g] y c su calor específico en [cal/gºC]. [1]

Las transferencias de calor se miden en un calorímetro a través de variaciones de temperatura. Previo a toda experiencia es necesario calibrarlo, esto es,determinar su capacidad calorífica, la cual está determinada por:
[pic] (3)
Donde; Ccal es la capacidad calórica del calorímetro en [cal/ºC], Mcal la masa equivalente en agua del calorímetro y cagua es el calor específico del agua cuyo valor nominal es cagua=1[cal/gºC].
Para realizar el calibrado, se mezclan cierta cantidad de agua fría conagua caliente y se mide la temperatura de equilibrio. Por el principio cero de la termodinámica al cabo de un tiempo ambas sustancias habrán alcanzado el equilibrio térmico. Como el calorímetro hace prácticamente nulo el intercambio de energía, en forma de calor, con el exterior se puede plantear la siguiente ecuación:
[pic] (4)
Donde; ΔQcal, ΔQfria y ΔQcalorimetro son elintercambio por el agua caliente, fría y del calorímetro, respectivamente, en [cal].
O bien;
[pic]
(5)
Despejando la Capacidad Calórica del calorímetro se tiene:
[pic] (6)
Donde; Maguafria es la masa del agua fría en [g], Maguacal la masa del agua caliente en [g] , Tif la temperatura del agua fría [ºC], Tic la...