Universidad Tecnológica de Panamá Centro Regional de Penonomé Facultad de Ingeniería Industrial Licenciatura en Ingeniería Industrial Laboratorio 5 de Termodinámica I Calor específico Integrantes: Roberto Chanis 2-750-1504 Oscar Ortiz 2-750-1040 Luis Aguilar 2-749-353 Facilitador: Félix Tejeira II Año Fecha de entrega: 10 de mayo 2023 I. OBJETIVOS a. Determinar experimentalmente el calor específico de diferentes materiales. b. Comprobar que el calor específico es independiente de la masa. II. INTRODUCIÓN Las partículas de los cuerpos no están en reposo sino que se encuentran en constante agitación. Como consecuencia de esta agitación, los cuerpos poseen una determinada energía térmica. La temperatura es un indicador de la energía térmica que tienen los cuerpos. De modo general podemos decir que, a mayor temperatura, mayor energía de este tipo. Pues bien, los cuerpos y los sistemas pueden intercambiar energía térmica. A esta energía térmica intercambiada se le denomina calor. En ocasiones también se denomina calor al propio proceso de transferencia de energía. El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. Al calor específico también se le conoce como capacidad calorífica específica o capacidad térmica específica. Vamos a entender qué es el calor específico de un modo más práctico y sencillo. Algunas características del calor específico son: • Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia, más calor hay que intercambiar para conseguir variar su temperatura • Existe un rango de temperaturas dentro del cual el calor específico es constante. Aunque a la hora de resolver los ejercicios de este nivel se considera c constante, en realidad el calor específico de cualquier sustancia varía con la temperatura • Según si el proceso de intercambio de energía (calor) tiene lugar a presión constante o a volumen constante se habla de calor específico a presión constante cp o calor específico a volumen constante cv. Si no se especifica, el proceso se supone a presión constante de 1 atm o Normalmente en sólidos y líquidos cp ≈ cv o Normalmente en gases cp ≠ cv Puede encontrar información sobre el concepto de calor específico en la siguientes direcciones: http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/calor.html III. MATERIAL Y PROCEDIMIENTO Haremos uso de la Plataforma Laboratorio Virtual: Calor específico (labovirtual.blogspot.com) Esta simulación consta de: - Vasos de precipitados de 200 mL (2) - Termómetros digitales (2) - Calefactor - Hilo - Muestras de diferente masa de distintos sólidos (hierro, cobre, grafito, oro, berilio y aluminio) Actividades 1- Determinación del calor específico de los diferentes sólidos presentes en el laboratorio virtual. Seleccione el metal y la masa. Pulse el botón inicio para sumergir el sólido en un baño de agua a 100ºC. Espere para que se alcance el equilibrio térmico. Sumerja la muestra de sólido en 200 mL de agua a 20 ºC. Espere y anote la temperatura de equilibrio. Masa de metal:50 g Metal Hierro Tf °C ce Cobre 2- Proponga y realice una investigación para demostrar que el calor específico es independiente de la masa de metal pero que se trata de una propiedad específica. Realice tablas y gráficas de cesp en función de la masa para cada metal. Material: Hierro Masa g Tf °C ce 20 IV. Conclusiones V. Glosario VI. Bibliografía VII. Anexo 30 40 50 60 Para que las medidas calorimétricas sean correctas es importante tener en cuenta todo el calor puesto en juego, para lo cual se suelen emplear unos dispositivos denominados calorímetros. Uno de los calorímetros más utilizados es el denominado calorímetro adiabático, que aísla térmicamente el interior del calorímetro del exterior impidiendo el flujo de calor entre las sustancias contenidas en su interior y el exterior. En nuestro caso pondremos en contacto dentro de un calorímetro adiabático una cierta cantidad de agua con un bloque metálico cuya temperatura será más alta. Los calores puestos en juego serán: - calor absorbido por el agua: Qagua (> 0) - calor absorbido por el calorímetro: Qcalorim (> 0) - calor cedido por el metal: Qmetal (< 0) Como el calorímetro presenta un comportamiento adiabático, el flujo neto de calor hacia o desde el interior es cero, por tanto, la suma de los calores anteriores ha de ser nula, o lo que es lo mismo, el calor absorbido por los cuerpos que inicialmente estaban más fríos es igual al calor cedido por los cuerpos que inicialmente estaban más calientes: ππππ‘π = 0 = ππππ’π + ππππ‘ππ + ππππππíπππ‘ππ El calorímetro se fabrica con un polímero denominado poliestireno expandido (poliespan) que es muy ligero. Su baja capacidad calorífica, consecuencia de su baja densidad, y su baja conductividad térmica (parámetro que define la capacidad de una sustancia para conducir el calor), hace que, en módulo, Qcalorim sea mucho menor que Qagua y Qmetal, por lo que podemos aproximar la ecuación anterior a: ππππ‘π = 0 = ππππ’π + ππππ‘ππ + ππππππíπππ‘ππ =0 de donde se obtiene: 0 = ππππ’π + ππππ‘ππ es decir, el calor cedido por el metal es igual, en valor absoluto, al calor absorbido por el agua. Utilizando la ecuación de calor sensible para establecer los calores Qmetal y Qagua ππππ‘ππ = ππππ‘ππ ∗ ππππ‘ππ ∗ (ππ − ππ,πππ‘ππ ) ππππ’π = ππππ’π ∗ ππππ’π ∗ (ππ − ππ,πππ’π ) Resulta ππππ‘ππ = −ππππ’π ππππ‘ππ ∗ ππππ‘ππ ∗ (ππ − ππ,πππ‘ππ ) = −ππππ’π ∗ ππππ’π ∗ (ππ − ππ,πππ’π ) = ππππ’π ∗ ππππ’π ∗ (ππ,πππ’π − ππ ) ππππ‘ππ = ππππ’π ∗ ππππ’π ∗ (ππ,πππ’π − ππ ) ππππ‘ππ ∗ (ππ − ππ,πππ‘ππ ) Por tanto, conociendo la masa de agua introducida en el calorímetro, la masa del metal, las temperaturas iniciales y final de ambas sustancias y el calor específico del agua podemos obtener el calor específico del metal.
