Determinación del calor específico por método experimental y de las constantes de enfriamiento k y tau

PARTE 1: DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS K Y  DE UNA LATA DE REFRESCO LLENA DE AGUA

1. DISEÑO 1.1. Definición del problema
Nuestro objetivo consiste en determinar la constante k de enfriamiento de una lata de refresco llena de agua y el parámetro Para ello, tendremos en cuenta la ley de enfriamiento de Newton. Sin embargo procedemos a deducirla: To (temperatura del objeto) To1 To2 Ta(temperatura ambiente) Ta Ta ΔT (Diferencia de temperatura) Ta-To1 t (tiempo) t1 = O t2 = 

To3

Ta

t3 = 2

To4

Ta

t4 = 3

Ton

Ta

(2)

tn = n

Consideramos que cada medida ha sido tomada cada vez que la temperatura se reducía a la mitad. Es decir, la constante  es el tiempo necesario para que la diferencia de temperatura entre el objeto y el ambiente disminuyaa la mitad. A partir de esta tabla deducimos:  (1) t = nn = t /      (2)

;

;

;

Según la ley de Newton de enfriamiento, ,y en comparación con la expresión deducida, resolvemos que la constante k de enfriamiento es .

Una vez obtenida la expresión con la que vamos a trabajar, podemos comenzar a determinar las variables a tener en consideración.

1.2.

Control devariables

Las variables a tener en cuenta son: la temperatura ambiente, la temperatura del objeto, la masa del baño y la masa del objeto (las masas son necesarias para calcular la cantidad mínima para que el baño se mantenga a temperatura constante y la anterior expresión tenga validez). a) La masa del baño, la consideramos como variable controlada; ya que tiene que permanecer constante durante todo elexperimento. b) La masa del objeto, de la misma manera, es considerada variable controlada y permanece constante. c) La temperatura del baño o temperatura ambiente, hay que controlarla mediante la periódica comprobación de su variación respecto a la inicial. Se considera una variable controlada porque no variará durante el experimento. d) La temperatura del objeto, se consideraría la variabledependiente pues es la que se variará previamente para obtener resultados. A su vez se realizará un control periódico de la variación respecto a la inicial, y así se podría considerar una variable dependiente. e) El tiempo, es la variable independiente respecto a la cual varía la temperatura del objeto. Se controla con un cronómetro cuya incertidumbre es de centésimas de segundo.

1.3.

Método deobtención de datos

El método considerado para obtener datos brutos consiste en sumergir una lata de refresco llena de agua, que previamente se ha calentado hasta el punto de ebullición, en un baño de una capacidad de 25 dm3 a temperatura ambiente. Esta lata de refresco tiene una capacidad de 330 cm3, que en masa corresponde a 330 g de agua (densidad = 1 g·cm-3). Para determinar la cantidad demasa que necesitaba el baño se hicieron los siguientes cálculos:      

Los calores específicos de ambos es el mismo, por lo tanto se eliminan al estar en ambos lados de la ecuación. se considera igual a 1ºC que es la precisión de nuestros termómetros. Si calentamos la lata hasta 373 K, y consideramos la T0 de 298 K; la diferencia resulta de 75 K. ; Si las medidas del recipiente son:4.70x3.20x1.95=29.33 dm3.

Una vez obtenidas las medidas y cantidades necesarias, se propone el método de obtención de datos. Llenamos el recipiente con agua del grifo hasta completar su volumen. Mientras se calienta en un vaso de precipitados 400 cm3 de agua del grifo. La lata está sujeta en el recipiente por presión y tensión. Unos hilos hacen que la lata se mantenga erguida y se coloca en elfondo del recipiente un alza que permite la sujeción de la lata al presionar y cerrar con la tapa.

Los 3 primeros experimentos se realizaron con termómetros analógicos de precisión ±1 ºC. Estos termómetros se introdujeron por agujeros realizados manualmente en la tapa del recipiente y se sujetaron con soportes de sostén de laboratorio. En otros experimentos se tomaron datos con un termómetro...