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Calor especifico de un solidoBreiner Mejía, Yuly Meriño, Kevin GalvisUniversidad del atlánticoIngeniería QuímicaFecha de realización: Fecha de entrega:RESUMENEl 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 ...

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Calor especifico de un solido Breiner Mejía, Yuly Meriño, Kevin Galvis Universidad del atlántico Ingeniería Química Fecha de realización:

Fecha de entrega:

RESUMEN 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 especifica o capacidad térmica especifica. Se denomina calor específico de un sólido a la cantidad de calor que debe de absorber un gramo de dicho sólido para elevar su temperatura un grado centígrado. Este informe consiste en tomar varios objetos metálicos introducirlos 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. Palabras claves: calor, temperatura, solido. ABSTRACT Specific heat is the amount of heat required to raise the temperature of a unit mass of a substance by one degree. Specific heat is also known as specific heat capacity or specific heat capacity. Specific heat of a solid is called the amount of heat that a gram of said solid must absorb to raise its temperature by one degree centigrade. This report consists of taking several metallic objects, placing them in water with high temperature and subjecting them to thermal contact with water at room temperature and waiting for them to reach an equilibrium temperature and through some calculations to be able to obtain the specific heat of these bodies.

Keywords: heat, temperature, solid.

1. INTRODUCCIÓN En el siguiente informe de laboratorio se experimentó la forma de hallar el calor específico de un sólido a través de un proceso termodinámico, haciendo uso de este concepto en la cual involucran la temperatura y el equilibrio, con los que se obtienen resultados cualitativos de cual se harán procesos con bases de cálculo de los calores específicos a determinar. Dentro de este informe se puede centrar los objetivos principales:     

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 específico para varios solidos Afianzaremos los conceptos de calor, temperatura, calor específico, capacidad calorífica.

2. DISCUSIÓN TEÓRICA Se define calor específico c como la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g ºC) ó 4186 J(kg ºK). Las medidas de cp para los sólidos revelan que el calor específico a presión constante varía muy poco con la presión, sin embargo, su variación con la temperatura es muy importante. Otras características de los calores específicos de los sólidos es que los valores son inferiores a 1 cal / gr ºC, salvo el litio para temperaturas superiores a 100 ºC. Además los cuerpos de mayor peso atómico poseen los menores calores específicos. En el caso de las aleaciones, la capacidad calorífica de la aleación se puede calcular sumando las capacidades caloríficas de sus componentes. Los sólidos cumplen la Ley de Dulong y Petit, que establece que para todos los cuerpos simples el calor atómico es sensiblemente constante e igual aproximadamente a 6,4 cal / at gr ºC. DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DEL SÓLIDO 1. Se pesa con una balanza una pieza de material sólido de calor específico c desconocido, resultando m su masa. Se pone la pieza en agua casi hirviendo a la temperatura T. 2. Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita y después de poco de tiempo, se mide su temperatura T0. 3. Se deposita rápidamente la pieza de sólido en el calorímetro. Se agita, y después de un cierto tiempo se alcanza la temperatura de equilibrio Te. Se apuntan los datos y se despeja c de la fórmula que hemos deducido en el primer apartado.

3. MÉTODOS EXPERIMENTALES Para hallar el calor específico de los materiales de oro, cobre y aluminio se utilizara el simulador de laboratorio virtual CALOR ESPECIFICO:    

Se tendrá en cuenta los materiales a escoger que son el oro, cobre, aluminio. Los materiales tendrán los mismos procedimientos pero diferentes resultados cualitativos. Estos serán sumergidos en un Baker de agua calentándose a 100°c. Al alcanzar el equilibrio térmico, este será sumergido en 200 ml de agua a 20°c. Termina el procedimiento, se tomaran los datos y se harán los cálculos , obteniendo resultados para su discusión.

Imagen 1. Calor especifico del hierro.

Imagen 2. Calor especifico del oro.

Imagen 3. Calor específico de aluminio

4. ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Resultados.

Hierro Agua

masa 45g 200ml

Tabla de resultado del hierro T inicial 100°C 20°C

T final 21.9°C 21.9°C

Oro Agua

Masa 50g 200ml

Tabla de resultados del oro T inicial 100°C 20°C

T final 20.6°C 20.6°C

Aluminio Agua

masa 35g 200ml

Tabla de resultados del aluminio T inical 100°C 20°C

T final 22.9°C 22.9°C

-

Cálculos para hallar la constante de calor especifico.

Hierro

mFe=0.045 kg ,mH 2O=0,2 kg , TiFe=100° , TiH 2 O=20 °C ,Tf =21,9° C calor cedido+ calor absorvido=0 calor cedido ( Fe )=−calor absorvido ( H 2 O ) Q=m∗Ce∗∆ T QFe=−Q H 2 O

(

( 0.045 Kg )∗Ce∗( 21.9° C−100 °C ) =− ( 0.2 Kg)∗ 4186 0,045 Kg∗(Ce)∗( −78.1° C ) =−837.2

)

j ∗(21.9 ° C−20 °C ) Kg∗°C

j ∗1.9° C °C

−3.5145 Kg∗°C∗( Ce )=−1579.68 j −1579.68 j Ce= −3.5145 Kg∗° C j Ce=449 Kg∗°C Si comparamos el valor dado experimentalmente con el valor teórico y se notó una diferencia y con este se sacó el %error

%error=

470 − 449 =0.04∗100=4 % 470

El porcentaje de error es 4%, pensamos que esto se debe a que quizás el simulador no de la temperatura final correcta, ya que las cifras decimales no son muy largas y se utilizaron todas. Oro

mAu 0.050 kg ,mH 2O =0,2 kg , TiFe=100° , TiH 2O =20 °C ,Tf =20,6 °C calor cedido+ calor absorvido=0 calor cedido ( Au )=−calor absorvido ( H 2 O ) Q=m∗Ce∗∆ T QAu=−Q H 2 O j ∗(20.6 °C−20 °C ) ( 0.050 Kg )∗Ce∗( 20.6 °C−100 ° C ) =−( 0.2 Kg )∗ 4186 Kg∗°C j 0,050 Kg∗(Ce)∗( −79.4 ° C ) =−837.2 ∗0.6 ° C °C −3.97 Kg∗° C∗(Ce ) =−502.32 j −502.32 j Ce= −3.97 Kg∗° C j Ce=126.5 Kg∗° C

(

)

Se comparó el valor dado experimentalmente con el valor teórico y se notó una diferencia y con este se sacó el %error

% error=

130 −126.5 =0.02∗100=2 % 130

El porcentaje de error es 2%, pensamos que esto se debe a que quizás el simulador no de la temperatura final correcta, ya que las cifras decimales no son muy largas y se utilizaron todas.

Aluminio

mAl 0.035 kg , mH 2 O=0,2 kg ,TiAl=100° , TiH 2O =20 °C ,Tf =22,9° C calor cedido+ calor absorvido=0

calor cedido ( AL )=−calor absorvido ( H 2 O ) Q=m∗Ce∗∆ T QAl=−Q H 2 O

(

( 0.035 Kg )∗Ce∗( 22.9° C−100 °C ) =− ( 0.2 Kg)∗ 4186 0,035 Kg∗(Ce)∗( −77.1° C ) =−837.2

)

j ∗(22.9 ° C−20 °C ) Kg∗°C

j ∗2.9° C °C

−2.6985 Kg∗° C∗( Ce )=−2427.88 j −2427.88 j Ce= −2.6985 Kg∗° C j Ce=899.7 Kg∗° C Se comparó el valor dado en experimentalmente con el valor teórico y se notó una diferencia y con este se sacó el %error

% error=

920−899.7 =0.02∗100=2 % 920

El porcentaje de error es 2%, pensamos que esto se debe a que quizás el simulador no de la temperatura final correcta, ya que las cifras decimales no son muy largas y se utilizaron todas.

5. CONCLUSIONES

 



El incremento de temperatura de los cuerpos cuando se calientan es aproximadamente proporcional a la energía suministrada. Demostramos que cuando se pone en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, se producirá una "pérdida de calor" del cuerpo a mayor temperatura (o más caliente) y una "ganancia de calor" del cuerpo a menor temperatura (o más frío); esto es lo que dice el principio de conservación de la energía. Si los dos cuerpos tienen la misma temperatura, no habrá pérdida ni ganancia de calor. 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.

AGRADECIMIENTOS Deseamos expresar nuestro agradecimiento a los profesores que llevan a cabo esta asignatura tanto como el profesor encargado de teórica quien es el profesor Neil Torres, sino también, al profesor encargado de laboratorio David Vera, quienes nos hicieron un énfasis, hicieron valiosas sugerencias y nos auxiliaron en la solución de varios problemas que se presentaron en el desarrollo con base al tema del principio de Arquímedes y la determinación de la

densidad. Gracias a ustedes logramos aprender y fortalecer este nuevo tema que es muy importante a lo largo de todo el desarrollo de nuestra carrera universitaria.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. [1] SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996. [2] Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A. Barcelona (España); 1933 [3] SERWAY, BEICHNER ". FÍSICAPARACA CIENCIASmi INGENIERÍA."Tomo II. Ed. Mc-Graw Hill, 5ta.Edición...