CALOR ESPECÍFICO
OBJETIVO:
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Determinación del equivalente
en agua del calorímetro de aluminio
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Determinar el calor específico
de objetos sólidos
MATERIALES
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1 Equipo de calentamiento
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1 Soporte universal
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1 Calorímetro de mezclas
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1 Probeta graduada de 100 ml
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1 Balanza
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1 Muestra Metálica
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1 Termómetro
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2 Clamp o agarraderas
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1 Varilla metálica
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1 Vaso de precipitado de 500 ml
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Agua Potable
FUNDAMENTO TEORICO
La
cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es
directamente proporcional a la variación de la temperatura T:
También, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa m:
El calor
específico (c ) de un cuerpo se define como:
Donde dQ
es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el
medio que lo rodea, mientras que dT es el elemento de variación de temperatura
que experimentan los cuerpos.
La
cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las
condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se
utilizará el método de mezclas y el proceso de medida se realizará a presión
constante.
Medida del calor especifico de una muestra sólida
Método de
mezclas
En un
sistema convenientemente aislado para evitar perdida de calor, que contiene en
su interior agua cuya masa fue previamente medida, y un termómetro sumergido en
el para medir la temperatura inicial del agua, se introduce la muestra
previamente calentada, entonces la muestra de mayor temperatura transfiere
energía calorífica al agua que se encuentra en el calorímetro, Observándose
luego un equilibrio térmico o temperatura final entre la muestra y el agua.
La
ecuación que rige este sistema está dado de la siguiente, manera
PROCEDIMIENTO
DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL
1. 1. Dentro del calorímetro, vierta 150 ml de agua (mH2O) y mida la temperatura inicial del sistema T.
2. Con la balanza de tres brazos determine la masa del cilindro de metal mm y anote este valor en la tabla 1.
3. En vaso de pirex vierta 500 ml de agua. Suspenda el termómetro y los cilindros de metal como se muestra en la figura y proceda a calentar el sistema con el mechero bunsen hasta que el agua hierva a la temperatura de 100°C, mantener la muestra durante 7 minutos.
4. 4. Retire la muestra del pirex e Introduzca rápidamente dentro del calorímetro y cierre herméticamente y espere 2 minutos para que llegue al equilibrio térmico (temperatura final).
5. 5. Con un termómetro mida la temperatura del sistema en equilibrio T
6. 6. Con la ecuación (5) y los valores de la tabla 1, determine el calor especifico de cada muestra Cem.
EVALUACIÓN
1. 1. Defina el calor específico de un material, cual es la diferencia con capacidad calorífica.
El
calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa
para elevar la temperatura un grado Celsio. La relación entre calor y cambio de
temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c
es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de
fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de fase no cambia
la temperatura.
La
diferencia es que el calor específico es el calor que debe suministrarse a la
unidad de masa de una sustancia dada para elevar su temperatura un grado y es
una propiedad intensiva y la capacidad calorífica depende de la cantidad de
materia que se considere, por lo tanto, es extensiva.
2. 2. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento
1. Error al medir las temperaturas, al caer en errores
de paralelaje
2. Uso de una
balanza de poca precisión, ya que se pudo utilizar una balanza digital
3. El recipiente aislante térmico conduce un poco el calor.
3. ¿Qué es el calorímetro?
Explique su uso.
El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, solo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.
4. ¿Cuál sería la diferencia si en vez de agua usamos
aceite para determinar el calor especifico del aluminio?
ü El calor especifico del aluminio usando el agua vendrá dado por la
siguiente formula:
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ü El calor especifico del aluminio usando el aceite vendrá dado por la siguiente formula:
 |
ü Analizando ambos resultados logramos ver que el calor especifico
del aluminio aumento al usar el aceite en vez del agua.
5. Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de cada uno de ellos
·
Calorímetro de presión
constante
Los calorímetros de presión constante son usados de manera experimental, sirve para demostrar la teoría del equilibrio térmico, por ejemplo, añadiendo un cubo de hielo, agitando el agua o colocando una tapa.
·
Bomba o calorímetro de
volumen constante
La bomba, o calorímetro de volumen constante, se
usa para medir cosas como una reacción de combustión. Esta información es útil
para determinar la cantidad de calor (calorías) en alimentos y combustibles. Se
crea una reacción en una cámara diseñada para soportar altas temperaturas y
explosiones. La cámara está rodeada por una camisa de agua que se calienta con
la energía proveniente de la reacción. Luego de finalizada la reacción, los
científicos miden la temperatura del agua para determinar la cantidad de
energía liberada.
·
Calorimetría de exploración
diferencial
La calorimetría de exploración diferencial es útil
para medir cambios moleculares. Los científicos toman muestras controladas y
calentadas de biomoléculas, polímeros u otras moléculas, y miden cómo el calor
fluye hacia y desde la muestra. Esto puede ayudar a determinar la estabilidad
de una molécula en su fórmula, y cómo los cambios en el ambiente afectan la
estabilidad. Por ejemplo, un estudio de la revista científica "Journal of
Agriculture and Food Chemistry", midió cómo añadir varios jarabes
industriales de azúcar a la miel impactaba en el comportamiento de ésta a la
hora de ser calentada. La calorimetría de exploración diferencial tiene aplicaciones
en estudios alimenticios y farmacéuticos.
CONCLUSIONES:
· Hemos llegado a la conclusión
de que al juntar mezclas de diferentes temperaturas en un recipiente cerrado
estas al final alcanzan una temperatura de equilibrio.
·
Hemos concluido también que el
calor disipado/absorbido dependerá de la masa, el calor especifico y la
variación de temperatura.
RECOMENDACIONES:
·
Se recomienda el trabajar con
cuidado ya que se esta a expuesto a sustancias calientes y materiales frágiles
durante el experimento.
·
Tener precisión a la hora de
pesar los materiales, ya que errores en estas mediciones pueden dar como
resultados respuestas erradas.
· Se recomienda también trabajar correctamente el desarrollo de las fórmulas al calcular el calor especifico en especial con las unidades de los datos, para evitar así respuestas erradas.
