ENsayo

CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS

OBJETIVO

Determinar el calor específico de un material metálico sólido, haciendo uso del calorímetro.
Aplicar la Ley de equilibrio Térmico a sistemas termodinámicos
Aplicar la conservación de la energía en sistemas con transferencia de calor
Reconocer el calor como una forma de energía

EXPERIMENTO
Introducción

Primero debemos hacer la distinción entretemperatura y cantidad de calor, para lo cual ilustraremos el siguiente experimento:
Se coloca un pedazo de fierro y un pedazo de plomo de iguales masas y a 100ºC dentro de dos vasos respectivamente iguales, perfectamente aislados y teniendo la misma masa de agua a 0ºC, y si se espera hasta el equilibrio se puede constatar que el vaso que tiene el pedazo de fierro tendrá un aumento detemperatura mas grande que la subida de temperatura que tendrá el vaso con el plomo.
Cabe señalar que en el caso inverso, una masa de agua caliente con un pedazo de fierro frío se enfría mas que una masa de agua caliente con un pedazo de plomo del mismo peso.
Por lo tanto resulta natural admitir que el cuerpo que produjo la mayor variación de temperatura es el que tiene una mayor cantidad decalor. Entonces será fácil comparar las cantidades de calor y es también fácil medirlas.

Capacidad Calorífica.
Las sustancias difieren entre sí en la cantidad de calor necesaria para producir una elevación determinada de temperatura sobre una masa dada.

Supongamos que se suministra a un cuerpo una cantidad de calor Q, que le produce una elevación ∆t de su temperatura. La razón de la cantidadde calor suministrada al correspondiente incremento de temperatura se denomina Capacidad Calorífica del Cuerpo:

Capacidad Calorífica = (1-1)
Las capacidades caloríficas se expresan ordinariamente en calorías por grado centígrado, o en Btu por grado fahrenheit. Si hacemos ∆t = 1 en la Ecuación (1-1), veremos que la capacidad calorífica de un cuerpo es numéricamente igual a lacantidad de calor que hay que suministrarle para incrementar su temperatura un grado.
Para obtener una cifra que sea característica de la sustancia de que está hecho el cuerpo, se define la Capacidad Calorífica Específica, o abreviadamente Calor Específico, de una sustancia como la capacidad calorífica por unidad de masa de un cuerpo formado por dicha sustancia. Representaremos el Calor Específicopor la letra c :
(1-2)


El calor específico se expresa en calorías por gramo-grado centígrado, o en Btu por libra-grado fahrenheit.

El calor específico de una sustancia es numéricamente igual a la cantidad de calor que hay que suministra a la unidad de masa de dicha sustancia para incrementar su temperatura en un grado.

De la Ecuación (1-2) se deduce que el calor que ha desuministrarse a un cuerpo de masa m, cuyo calor específico es c, para aumentar su temperatura en ∆t , es:

Q = mc∆t = mc(t2 – t1) (1-3)

En rigor, la Ecuación (1-2) define el calor específico medio correspondiente al intervalo de temperatura ∆t.

Se encuentra, sin embargo, que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia dentro de un intervalopequeño, varía con la posición de este intervalo en la escala de temperaturas. El calor específico verdadero de una sustancia a cualquier temperatura se define mediante la Ecuación (1-2) considerando una elevación de temperatura infinitesimal dt, y llamando dQ a la cantidad de calor necesaria para producir esta elevación de temperatura. Se tiene entonces:



Calor específico verdadero
dQ= m c dt



En general, c es función de la temperatura y ha de conocerse esta función para poder realizar la integración anterior.

A las temperaturas ordinarias y en intervalos no demasiado grandes, los calores específicos pueden considerarse constantes. A temperaturas muy bajas, próximas al cero absoluto, todos los calores específicos disminuyen, y para ciertas sustancias se...