Pontificia Universidad Javeriana

Laboratorio #3

CALOR ESPECIFICO DE UN SÓLIDO

Presentación del laboratorio: 05-03-2003

Lugar donde se realizo practica: Laboratorio de Química de la Pontificia Universidad Javeriana seccional Cali 26-02-2003

Resumen

La practica de laboratorio consistió básicamente en tomar varios objetos metálicos introducidos en agua con alta temperatura y someterlos a un contacto térmico con agua en temperatura ambiente y esperar a que alcanzaran una temperatura de equilibrio y mediante algunos cálculos poder obtener el calor especifico de estos cuerpos.

Introducción y objetivos

Este informe de laboratorio guiara la forma de hallar el calor especifico de un sólido a través de un proceso único ya establecido arbitrariamente donde se llevan a cabo diversidad de sucesos que involucran los diferentes conceptos termodinámicos que previamente se deben tener para su correcta realización y un buen calculo de los calores específicos a determinar.

Dentro de los objetivos que pretendemos alcanzar en esta practica de laboratorio están los siguientes:

• 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

• Calcular el calor Especifico para varios sólidos

• Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor especifico, capacidad calorífica

Materiales

Mechero

Beaker

Calorímetro

Termómetro de alcohol con precisión de 1 ºC

Sólidos de metálicos

Pesa de laboratorio con precisión ±0.01

4. Procedimiento

Se encontró un recipiente (olla) con agua más o menos hasta la mitad, dentro del recipiente había unos objetos de metal algunos cilíndricos y otros en bloques, atados con una cuerda. El recipiente estaba sobre una boquilla y se encontraba hirviendo el agua a una temperatura aproximada de 93.5 °C.

Sacamos del calorímetro el vaso de aluminio y lo pesamos. Después, agregamos agua suficiente como para cubrir el bloque de metal en el recipiente de aluminio y pesamos el conjunto vaso-agua. Colocamos el vaso dentro del calorímetro. Es importante mantener el vaso de aluminio alejado del mechero donde se hierve el agua, para que la temperatura del agua no se vea afectada. Medimos entonces la temperatura del agua en el calorímetro, es decir, la del conjunto vaso-agua.

Levantamos el sólido de la cuerda, que esta en el recipiente con agua hirviendo, y lo sostuvimos por unos instantes, justo encima de la superficie de agua hirviendo, para que el vapor lo seque. Introducimos el sólido rápidamente dentro del calorímetro. Tapamos el calorímetro e introducimos el termómetro para medir el cambio de temperatura, desde la inicial hasta un punto de equilibrio térmico. Observamos cual fue la temperatura máxima registrada por el termómetro y la anotamos en la tabla.

Repetimos todo el procedimiento anterior hasta completar 3 sólidos.

5. Datos y Resultados

SÓLIDO No 1: ( Cilindro de hierro )

Masa del Agua:

MH2O = (285.74 gr - 65.54 gr)

MH2O = 220.2 gr

Calor Ganado por el Agua:

Q = (220.2 gr) (1 cal/ gr °C) ( 2.5 °C)

Q = 550.5 cal

Calor Ganado por el Calorímetro:

Q = (65.54 gr (0.214 cal/ gr °C) (2.5°C

Q = 35.1 cal

Calor Perdido por el Sólido:

Q = (99.96 gr) (cbloque (-66°C)

Q = -6597.36 gr °C (cbloque)

Q = - 585.6 cal

Calor específico del Sólido:

Cbloque = -( 66 °C )((220.2 gr ) ( 1 cal/ gr °C ) + ( 650.4 gr ) ( 0,214 cal/ gr °C))

( 99.96 gr ) (- 66 °C )

Cbloque 0.089 cal/ gr °C

Error

E = 0,089 cal/ gr °C - 0,107 cal/ gr °C

E = 0,018 cal/ gr °C

Porcentaje de Error

% de Error = 0.089 cal/ gr °C - 0.107 cal/ gr °C x 100

0.107 cal/ gr °C

% de Error = 17 %

SÓLIDO No 2 : ( Cilindro de Cobre )

Masa del Agua:

MH2O = ( 201.4 gr - 65.54 gr )

MH2O = 135.86 gr

Calor Ganado por el Agua:

Q = ( 135.86 gr ) ( 1 cal/ gr °C ) ( 5 °C )

Q = 679.3 cal

Calor Ganado por el Calorímetro:

Q = ( 65.54 gr ) ( 0.214 cal/ gr °C ) (5 °C )

Q = 70.1 cal

Calor Perdido por el Sólido:

Q = ( 112.42 gr ) (cbloque ) (- 61.9°C )

Q = - 6911.4 gr °C ( cbloque )

Q = - 749.4 cal

Calor específico del Sólido :

Cbloque= -(5 °C )(( 135.86 gr ) ( 1 cal/ gr °C ) + ( 65.54 gr ) ( 0.214 cal/ gr °C))

( 112..42 gr ) ( -61.9°C )

Cbloque = 0.099 cal/ gr °C

Error

E = 0.099 cal/ gr °C - 0.092 cal/ gr °C

E = 0.007 cal/ gr °C

Porcentaje de Error

% de Error = 0.099 cal/ gr °C - 0.092 cal/ gr °C x 100

0.092 cal/ gr °C

% de Error = 7.6 %

SÓLIDO No 3 : ( Cilindro de aluminio )

Masa del Agua:

MH2O = ( 252.7 gr - 65.54 gr )

MH2O = 187.16 gr

Calor Ganado por el Agua:

Q = ( 187.16 gr ) ( 1 cal/ gr °C ) ( 4.4 °C )

Q = 823.5 cal

Calor Ganado por el Calorímetro:

Q = ( 65.54 gr ) ( 0.214 cal/ gr °C ) (4.4°C )

Q = 61.7 cal

Calor Perdido por el Sólido:

Q = ( 66.44 gr ) (cbloque ) ( -63.1°C )

Q = - 4192.36 gr °C ( cbloque )

Q = - 885.2 cal

Calor específico del Sólido :

Cbloque = -( 4.4°C )(( 187.16 gr ) ( 1 cal/ gr °C ) + ( 65.54 gr ) ( 0.214 cal/ gr °C))

( 66.44 gr ) ( -63.1°C )

Cbloque = 0.211 cal/ gr °C

Error

E = 0.211 cal/ gr °C - 0.214 cal/ gr °C

E = 0.003 cal/ gr °C

Porcentaje de Error

% de Error = 0,211 cal/ gr °C - 0,214 cal/ gr °C x 100

0,214 cal/ gr °C

%de Error 1.4 %

Causas de Error:

Pérdida de calor por parte de los sólidos al sacarlos del agua caliente y ponerlos en contacto con el medio ambiente antes de introducirlos al calorímetro.

El calorímetro no se encontraba totalmente aislado del medio ambiente.

Falta de precisión al tomar el registro de los pesos de los sólidos, el calorímetro y el agua.

7. Análisis y Discusión de resultados

El procedimiento experimental llevado a cabo tuvo como objetivo principal calcular la fuerza de empuje que ejercen los líquidos sobre los cuerpos sólidos sumergidos. Esta fuerza se puede explicar debido a que la presión en un fluido aumenta con la profundidad, es decir que es mayor la presión hacia arriba que un objeto experimenta sobre la superficie inferior que la presión hacia abajo que experimenta sobre la superficie superior, por consiguiente la fuerza resultante, conocida como fuerza de empuje o fuerza boyante se dirige hacia arriba .

El montaje utilizado permitió medir la cantidad de líquido que un cuerpo sólido desplaza al ser sumergido completamente en un fluido, de esta forma comprobamos que el volumen desalojado es equivalente al volumen medido a partir de la geometría de cada uno de los objetos. Lo anterior se debe a que al sumergir totalmente el sólido en el fluido éste pasa a ocupar el mismo espacio de la masa de agua que desaloja para que el conjunto permanezca en equilibrio, es decir para que el líquido no caiga ni se eleva en el recipiente que lo contiene.

Por otra parte se pudo ratificar que todos los cuerpos al estar inmersos en un fluido experimentan una fuerza de empuje, al comparar los pesos de tres sólidos sumergidos en dos clases de fluidos: aire y agua. La fuerza de empuje que ejerce el aire es aproximadamente mil veces menor que la fuerza de empuje que ejerce el agua, debido a las diferencias en las densidades de los dos fluidos; por esta razón es posible levantar con mayor facilidad un cuerpo sumergido en el agua que uno sumergido en el aire debido a que la fuerza de empuje actúa como una fuerza adicional a la fuerza ejercida por la persona hacia arriba.

Finalmente el montaje nos permitió calcular las densidades de los sólidos por medio de dos métodos diferentes: el geométrico y el de Arquímedes, y confirmar la veracidad de nuestros resultados gracias a la densidad convencional de cada uno de los materiales de los objetos utilizados en la práctica.

Conclusiones

Se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del mismo sistema.

El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio térmico.

Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna al igual que para absorber energía ya que una parte de la energía hace aumentar la rapidez de traslación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la temperatura.

Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y "T se consideran positivas, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y "T son negativas y la energía térmica fluye hacia fuera del sistema.

El equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico por la transferencia de energía, en este caso calor; para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica total del sistema se mantiene.

Bibliografía

SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.

LEA Y BURQUE, “ physics: The Nature of Things”, Brooks/ Cole 1997.

Practica de laboratorio # 2. Realizada por Luis A Rodríguez

Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A. Barcelona (España); 1933