Capacidad térmica y calor específico

Primer principio. Calorimetría, calorímetro, calor. Temperatura. Acero, cobre

  • Enviado por: Lili
  • Idioma: castellano
  • País: Colombia Colombia
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CAPACIDAD TERMICA Y CALOR ESPECIFICO


OBJETIVOS

  • Comprobación experimental del primer principio de termodinámica.

  • Desarrollar los conceptos de calorimetría, termómetro y calor especifico, por medio de la práctica.

MARCO TEORICO

Calor específico, cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado

.

De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su calor específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante. Si se expande un gas mientras se le suministra calor, hacen falta más calorías para aumentar su temperatura en un grado, porque parte de la energía suministrada se consume en el trabajo de expansión. Por eso, el calor específico a presión constante es mayor que el calor específico a volumen constante.

Calorimetría, ciencia que mide la cantidad de energía generada en procesos de intercambio de calor. El calorímetro es el instrumento que mide dicha energía. 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. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.

ELEMENTOS PARA LA PRACTICA

  • Balanza

  • Pedazo de metal (cobre y acero)

  • Termómetro

  • Calorímetro

  • Agua

  • Mechero

  • Olla con agua

  • Hilo

Capacidad térmica y calor específico
Capacidad térmica y calor específico
Capacidad térmica y calor específico

PROCEDIMIENTO

  • Pesar el calorímetro

  • Pesar el calorímetro con agua

  • Sacamos el peso del agua

  • Sacamos de la tabla el Calor Especifico del agua y de cada metal

  • Pesamos los dos metales

  • Tomamos la temperatura ambiente

  • Tomamos la temperatura del agua hirviendo

  • Calentamos los dos metales en agua hirviendo y luego los trasladamos al calorímetro tomamos la temperatura

  • Hicimos una tabla de datos

  • Calculamos el calor especifico de los metales

  • El experimento lo realizamos tres veces con cada uno de los metales

CALCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

TABLA DE DATOS

Peso

del

Calori-

metro

Calori-

metro

más

agua

m del

agua (m2-m1)

calor especi

fico del

agua kj/kg k

T1 am -

biente

°C

M

del cuerpo

g

T2

agua hirvien-

do

°C

T3 tempe

ratura final

°C

Calor

especi

fico

del

calori-

metro

KJ/KgK

Calor

especi

fico

de los

metales

KJ/KgK

COBRE

35 g

201.5

166.5 g

4.18

17

111

91

20.0

0.9

0.386

COBRE

35 g

188.8

153.8 g

4.18

17

111

91

20.8

0.9

0.386

COBRE

35 g

186.0

151.0 g

4.18

17

111

91

21.0

0.9

0.386

ACERO

35 g

180.5

145.5 g

4.18

17

100

91

21.2

0.9

0.4184

ACERO

35 g

197.0

162.0 g

4.18

17

100

91

20.5

0.9

0.4184

ACERO

35 g

202.0

167.0 g

4.18

17

100

91

20.0

0.9

0.4184

CALOR ESPECIFICO DEL ACERO

(Mc x Cc+mw x Cw) x T = mx x Cx x T

(35x10-3Kg x 0.9 KJ/Kgk + 158.8x 10-3Kg x 4.18 KJ/KgK) x 3.1K= 100 x 10-3Kg x Cx x

70.9 K

1738.74 KJ = Cx x 7090 KgK

0.24KJ/KgK = Cx

CALOR ESPECIFICO DEL COBRE

(Mc x Cc+mw x Cw) x T = mx x Cx x T

(35x10-3Kg x 0.9 KJ/Kgk + 156.7x 10-3Kg x 4.18 KJ/KgK) x 3.6K = 111 x 10-3Kg x Cx x

70.4 K

2471.42 KJ = Cx x 7814.4 KgK

0.31KJ/KgK = Cx

PORCENTAJES DE ERROR

, 0. 4184 - 0.24

 % acero ---------------------- x 100

0.4184

 % acero = 42.6 %

0.386 - 0.31

 % cobre = ---------------------- x 100

0.386

 % cobre = 19.6 %

ANÁLISIS DE RESULTADOS

  • El agua hirvió a 91 °C se da en el laboratorio porque así estemos en Bogotá y la ebullición del agua sea a 92 °C en este caso es menor porque al estar en un recinto cerrado cambia la presión atmosférica.

  • El porcentaje de error en el calor especifico del acero, podemos considerarlo muy grande en extremo y podemos pensar que el material de metal que creímos que era acero era plata o alguna aleación.

  • El porcentaje de error en el calor especifico del cobre, podemos considerarlo teniendo en cuenta que al sacar el metal del agua hirviendo y pasarlo al calorímetro pierde temperatura.

  • También puede ser porque el termómetro teníamos que sacarlo del agua de calorímetro para poderlo leer y hay la posibilidad que cambie la temperatura.

CONCLUSIONES

  • Se comprobó experimentalmente el primer principio de termodinámica.

  • Desarrollamos los conceptos de calorimetría, termómetro y calor especifico, por medio de la práctica.

  • La exactitud en los cálculos vario por causas externas que influyeron en la variación de los resultados.

BIBLIOGRAFÍA

  • "Calorimetría", Enciclopedia Microsoft® Encarta® 98 © 1993-1997 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

  • Guías de laboratorio.

  • TIPLER Paúl A, Editorial Reverte, S.A. Barcelona, Bogota, Buenos Aires, Caracas, Méjico. 1995. Paginas 595.

  • HALLIDAY Resnick, Editorial Continental S.A. Méjico 1977. paginas 922.

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