Fisica

DEPARTAMENTO DE FÍSICA DE MATERIALES

MATERIALEN FISIKA SAILA

P3: CALOR Y TEMPERATURA
INTRODUCCIÓN
Cuando se consideran sistemas de muchas partículas, aparte de las tres magnitudes fundamentales de la mecánica (longitud, masa y tiempo), aparecen otras nuevas como CALOR y TEMPERATURA. Aunque el calor es una forma de energía, es tradicional utilizar la CALORÍA (cal) como unidad de su medida.La unidad de temperatura es el K. En esta práctica se comenzará estudiando la relación entre calor y otra forma de energía y posteriormente se determinará el calor específico del aluminio.

DEFINICIONES
CAPACIDAD CALORÍFICA de un cuerpo, k es la cantidad de calor Q que dicho cuerpo absorbe cuando su temperatura aumenta un grado (o la que cede al disminuir su temperatura un grado). Si un cuerpopasa de una temperatura T1 a otra T2 , intercambiando para ello una cantidad de calor Q, se tiene: Q = k (T2 - T1 ) con lo que k= Q T2 - T1

La capacidad calorífica viene expresada habitualmente en cal/K. † Conviene recordar que aunque los valores obtenido a presión constante y a volumen constante no son iguales, † aunque para sólidos y líquidos son muy próximos. Los experimentos que sellevarán a cabo en esta práctica se realizarán a presión constante utilizando sólidos y líquidos. CALOR ESPECIFICO de una sustancia es la capacidad calorífica por unidad de masa de dicha sustancia. Así, si un cuerpo homogéneo tiene masa m y capacidad calorífica k, su calor específico, c será: c = k / m, que viene expresado en caloría/(grado gramo) y se cumple: Q = c m (T2 - T1 ) La caloría se define deforma que el valor de c para el H2O a unos 15 °C sea 1 cal K-1 g-1. †

MEDIDA DEL CALOR ESPECÍFICO
Si a un cuerpo de masa m con temperatura inicial T1 y calor específico c, se le comunica una cierta cantidad de energía cinética interna (calor), su temperatura se modificará y tomará un nuevo valor T2 que permanecerá constante si no hay pérdidas de calor. Para minimizar las pérdidas de calor seutiliza un CALORÍMETRO que consiste en un recipiente que se encuentra bastante aislado del exterior. A pesar de ello, el recipiente absorbe una cierta cantidad de calor al aumentar su temperatura. Para tener en cuenta este efecto se determina el calor, m, que absorbe el calorímetro al aumentar un grado su temperatura (tiene unidades de cal/K). Por lo tanto, el valor numérico de m coincide con lacantidad de agua (mc gramos) que necesitaría la misma cantidad de calor

Laboratorio de FISICA I. CALOR Y TEMPERATURA

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para experimentar la misma variación de temperatura. Esta es la razón por la que a mc se le denomina EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO Aunque numéricamente m y mc son iguales, estas cantidades difieren en sus dimensiones {m (cal/K)= mc (g) x 1 cal K-1g-1}.. El valor de mcpara el calorímetro que se usará en la práctica se encuentra indicado en su base.

METODO EXPERIMENTAL
Se realizarán dos tipos de experimentos. En el primero se determinará la relación entre CALORÍA y JULIO (unidad de energía en el SI). La constante de proporcionalidad, se conoce como equivalente mecánico (eléctrico) del calor. En el segundo se calculará el calor específico de un metal(aluminio). a) Equivalente mecánico del calor. Se trata de calcular el calor absorbido por una determinada cantidad de agua cuando se suministra una cantidad de energía (eléctrica) conocida. Para ello se colocan en el calorímetro 300 g de agua (m1=300 g). La cantidad de agua ha de medirse con precisión pesando en la balanza el vaso lleno de agua y el vaso una vez vacío tras haber vertido el agua en elcalorímetro. A continuación, se coloca la tapa con el calefactor, el borboteador (que servirá para que la temperatura del agua sea uniforme) y el termómetro (sonda de temperatura). Se mide y anota la temperatura cada 20 segundos durante dos minutos para establecer de forma precisa la situación de partida. Sin dejar de tomar medidas cada 20 s, se conecta el calefactor durante un tiempo de 100...