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2022 Laboratorio N°5 Calor específico

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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:
π‘„π‘›π‘’π‘‘π‘œ = 0 = π‘„π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž + π‘„π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ + π‘„π‘π‘Žπ‘™π‘œπ‘Ÿíπ‘šπ‘’π‘‘π‘Ÿπ‘œ
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:
π‘„π‘›π‘’π‘‘π‘œ = 0 = π‘„π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž + π‘„π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ + π‘„π‘π‘Žπ‘™π‘œπ‘Ÿíπ‘šπ‘’π‘‘π‘Ÿπ‘œ
=0
de donde se obtiene:
0 = π‘„π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž + π‘„π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™
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
π‘„π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ = π‘šπ‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ ∗ π‘π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖,π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ )
π‘„π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž = π‘šπ‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ π‘π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖,π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž )
Resulta π‘„π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ = −π‘„π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž
π‘šπ‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ ∗ π‘π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖,π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ ) = −π‘šπ‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ π‘π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖,π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ) = π‘šπ‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ π‘π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ (𝑇𝑖,π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž − 𝑇𝑓 )
π‘π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ =
π‘šπ‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ π‘π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž ∗ (𝑇𝑖,π‘Žπ‘”π‘’π‘Ž − 𝑇𝑓 )
π‘šπ‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ ∗ (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖,π‘šπ‘’π‘‘π‘Žπ‘™ )
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.
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