FISICA "2

Calor específico de sólidos

1) Objetivos:
Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro
Determinar de manera experimental la capacidad calorífica de ciertos solidos.
2) Fundamento Teórico:
Calor: Es la transferencia de energía térmica desde un sistema a otro de menor temperatura que fluye espontáneamente según lo describe la termodinámica. Esta transferencia de calor puede usarseen la mecánica para realizar trabajo sobre algún sistema y de ahí sus aplicaciones.
Matemáticamente la transferencia de calor provocado por una variación de temperatura puede describirse como:

dQ=Ce.m.dT

Ahora si consideramos el ce (Calor específico del material) constante:
 dQ  Ce.m  dT
Y de ahí la expresión quedaría como:
Q  Ce.m.T
Donde ΔT=T2-T1 ; Variación de temperatura.Capacidad calorífica: Se define como la cantidad de calor ganado o cedido que necesita la masa de una sustancia para que la temperatura varié en un grado.
C = Siendo las unidades: Cal/ºC, Kcal. /Kg. ºC, J/ºC.

Calor específico : El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de una masa determinada de una sustancia. El concepto de capacidad calorífica es análogoal anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).
El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:



Donde:
Q: es el calor aportado al sistema
M: es la masa del sistema
C: es el calorespecífico del sistema
ΔT: es el incremento de temperatura que experimenta el sistema.

Calorímetro : El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.En un caso ideal de transferencia de calor se puede hacer una simplificación: que únicamente se consideren como sustancias intervinientes a las sustancias calientes y fríasentre las que se produce la transferenecia de calor y no los recipientes, que se considerarían recipientes adiabáticos ideales, cuyas paredes con el exterior serían perfectos aislantes térmicos (calorímetro); el caso real más parecido sería un termo o un saco de dormir con relleno de plumas.

Equipos y materiales:
Un calorímetro de mezclas (un termo).
Un termómetro de mercurio.
Un mechero bunsen.Una olla para calentar el agua.
Una balanza.
3 trozos de metales (uno de plomo, uno cobre y otro de hierro).
Agua



3) Cálculos y resultados:

3.1) Determinar la capacidad calorífica (o equivalente en agua) del calorímetro.
Procesos de la experiencia:
Colocar dentro del calorímetro una cantidad ma de agua de caño, deje que se establezca el equilibrio y medir la temperaturadel equilibrio Ta.
Calentar agua en la olla a una temperatura Tb y luego colocar una cantidad mb de esta agua en el calorímetro.
Finalmente medir la nueva temperatura de equilibrio T.
Volver a repetir la experiencia obteniéndose nuevos datos

Masa de agua fría ma
(g)
Masa de agua
caliente mb(g.)
Temp del agua fría
Ta(ºC)
Temp. del agua
caliente Tb (ºC)
Temp. de la
mezcla T (ºC)148,7
112,5
22
81
46
149,7
130,2
22
91
52

Sea:
Q1 : Calor ganado por el agua fría. Q1 =(ma)(Ce)(T-Ta)
Q2 : Calor perdido por el agua caliente . Q2 = (mb)(Ce)( Tb –T)
Q3 : Calor ganado por el calorímetro. Q3 = (Cc)(T-Ta)
Luego por conservación de la energía se sabe que:
Calor perdido = Calor ganado
Q2 = Q1 + Q3
(mb)(Ce)(Tb -T) =(ma)(Ce)(T-Ta) + (Cc)(T-Ta)
Despejando Cc y reemplazando datos se tiene:
Cc1= [(mb)(Ce)(Tb -T) - (ma)(Ce)(T-Ta)] / (T-Ta)
Cc1= [(112,5)(1)(81-46) - (148,7)(1)(46-22)] / (46-22)
 Cc1=15,36 cal/ ºC
Cc2= [(mb)(Ce)(Tb -T) - (ma)(Ce)(T-Ta)] / (T-Ta)
Cc2= [(130,2)(1)(91-52) - (149,7)(1)(52-22)] / (52-22)
 Cc2=19,56 cal/ ºC
Finalmente tomaremos el promedio de las capacidades caloríficas de...