Calor especifico de un sólido PDF

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documento donde se detalla la manera de como calcular el calor especifico de los solidos homogéneos y no homogéneos, y los materiales usados ...

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Calor especifico de un sólido 1. Resumen: En el presente informe se expondrá la manera de como calcular el calor especifico de seis metales, hierro, grafito, cobre, oro, berilio, aluminio; la manera que se realizó el experimento fue pesando uno de los metales, aparte en dos vasos de precipitación será introducido, uno estará a 100 ℃ y otro a temperatura ambiente 20 ℃ , el primer caso será introducido en el de 100 ℃ esperando el equilibrio térmico de la misma manera realizamos con el vaso de 20 ℃ , se tomaran 10 datos y serán la masa y la temperatura de equilibrio del segundo vaso de precipitación. Realizamos los mismos procedimientos para los demás metales, y las conclusiones serán que el calor especifico no dependerá de la masa. 2. Objetivos:  Determinar experimentalmente el calor específico de diferentes materiales.  Comprobar que el calor específico es independiente de la masa. 3. Fundamento teórico: Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contacto térmico, después de un cierto tiempo, alcanzan la condición de equilibrio en la que ambos cuerpos están a la misma temperatura. Un fenómeno físico análogo son los vasos comunicantes. Supongamos que la temperatura del cuerpo A es mayor que la del cuerpo B, TA>TB. Observaremos que la temperatura de B se eleva hasta que se hace casi igual a la de A. En el proceso inverso, si el objeto B tiene una temperatura TB>TA, el baño A eleva un poco su temperatura hasta que ambas se igualan. Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa pequeña que está a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante está próxima a la del sistema grande. Decimos que una cantidad de calor Q se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura. • La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura DT. • La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema.

Q=C· T Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que está a mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que ambas se igualan Si TA>TB  

El cuerpo A cede calor: QA=CA·(T-TA), entonces QA0

Como QA+ QB=0 La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada

La capacidad calorífica de la unidad de masa se denomina calor específico c. C=mc La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de la masa m, del calor específico c y del cambio de temperatura.

Q=m·c·(Tf-Ti) donde Tf es la temperatura final y Ti es la temperatura inicial. El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de una sustancia para que eleve en un grado centígrado su temperatura. Joule demostró la equivalencia entre calor y trabajo 1cal=4.186 J. Por razones históricas la unidad de calor no es la misma que la de trabajo, el calor se suele expresar en calorías. El calor específico del agua es c=1 cal/(g ºC). Hay que suministrar una caloría para que un gramo de agua eleve su temperatura en un grado centígrado.

Sustancia

Calor específico (J/kg·K)

Acero

460

Aluminio

880

Cobre

390

Estaño

230

Hierro

450

Mercurio

138

Oro

130

Plata

235

Plomo

130

Sodio

1300

Fuente: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975, pág 7475 4.

Instrumentos y materiales:  2 vasos de precipitados de 200 mL. (Fig. 1)  2 termómetros digitales. (Fig. 2)  Calefactor. (Fig. 3)  Hilo. (Fig. 4)  Muestras de diferente masa de distintos sólidos (hierro, cobre, grafito, oro, berilio y aluminio). (Fig. 5)

(Fig. 1)

(Fig. 2)

(Fig. 3)

(Fig. 4)

(Fig. 5)

5. Procedimientos: 1. Seleccionamos uno de los metales. 2. Luego lo introducimos en el vaso de precipitación que está a 100 ℃ y esperamos el equilibrio térmico.(toma un tiempo de 3 segundos) 3. Lo retiramos del primer recipiente y lo colocamos en el recipiente de 20 ℃ y volvemos a esperar a que llegue al equilibrio térmico. 4. Tomamos el valor de la masa del metal, la temperatura de equilibrio del segundo recipiente. 5. Repetimos el mismo procedimiento para los demás metales. 6. Con los datos tomados, graficamos Q vs mmetalT y con ajuste de minimos cuadrados encontramos cada uno de los calores específicos de los metales. 6. Datos experimentales:  Temperatura inicial de los metales: 100 ℃  Temperatura inicial del agua: 20 ℃  Temperatura de equilibrio en el segundo vaso de precipitación: Hierro: TAGUA , TMETAL

1 20.9

2 21.1

3 21.3

4 21.5

5 21.7

6 21.9

7 22.1

8 22.3

9 22.5

Masa del metal

20

25

30

35

40

45

50

55

60

10 22. 7 65

La ecuación empírica es: Q=0.1045 mmetalT+13.32 El calor especifico del hierro experimental es: 0.1045 El calor especifico del hierro real es:

0.113

cal m∆T

cal m∆T

Cobre: TAGUA , TMETAL Masa del metal

1 20.7 20

2 20.9 25

3 21.1 30

4 21.3 35

5 21.4 40

6 21.6 45

7 21.8 50

8 22 55

9 22.1 60

10 22 65

La ecuación empírica es: Q=0.0918 mmetalT-1.5479

cal m∆T

El calor especifico del hierro experimental es: 0.0918 El calor especifico del hierro real es:

0.093

cal m∆T

Grafito: TAGUA , TMETAL

1 21.3

2 21.7

3 22

4 22.3

5 22.6

6 22.9

7 23.3

8 23.6

9 23.9

Masa del metal

20

25

30

35

40

45

50

55

60

La ecuación empírica es: Q=0.1706 mmetalT-1.1229

cal m∆T cal 0.172 m∆T

El calor especifico del hierro experimental es: 0.1706 El calor especifico del hierro real es:

10 24. 2 65

Oro: TAGUA , TMETAL

1 20.2

2 20.3

3 20.4

4 20.4

5 20.5

6 20.6

7 20.6

8 20.7

9 20.7

Masa del metal

20

25

30

35

40

45

50

55

60

La ecuación empírica es: Q=0.03205 mmetalT-4.1109 El calor especifico del hierro experimental es: 0.03205 El calor especifico del hierro real es:

Berilio:

0.0308

cal m∆T

cal m∆T

10 20. 8 65

TAGUA , TMETAL

1 23.3

2 24.1

3 24.9

4 25.7

5 26.4

6 27.1

7 27.8

8 28.5

9 29.2

Masa del metal

20

25

30

35

40

45

50

55

60

10 29. 9 65

Q=0.4320 mmetalT+5.7135 El calor especifico del hierro experimental es: 0.4320 El calor especifico del hierro real es:

0.436

cal m∆T

cal m∆T

Aluminio: TAGUA , TMETAL

1 21.7

2 22.1

3 22.5

4 22.9

5 23.3

6 23.7

7 24.1

8 24.5

9 24.8

Masa del metal

20

25

30

35

40

45

50

55

60

10 25. 2 65

Q=0.2132 mmetalT+5.8930

cal m∆T cal 0.215 m∆T

El calor especifico del hierro experimental es: 0.213 El calor especifico del hierro real es:

7. Análisis de resultados:  Se puede apreciar en cada una de las tablas que, el valor del calor especifico de los metales no cambia, cuando hay una variación de su masa.  Para que los metales con el agua que está a 100 ℃ y a 20 ℃ les toma tiempo alcanzar el equilibrio térmico.  Las temperaturas de equilibrio cambian para cada masa de los metales.  El calor especifico de cada metal es diferente, y hay un orden de menor a mayor, que determina que tan rápido puede fluir el calor atreves de este material.  Los valores obtenidos se acercan a los valores teóricos, el error es mínimo de 0.9%. 8. Conclusiones:  Se obtuvo los valores del calor especifico de cada uno de los metales ya mencionados.  Los valores del calor especifico es una propiedad, que a mayor valor de calor especifico mayor tiempo lo toma en conducirla, en nuestro caso el metal berilio presenta el mayor valor.  El calor especifico es independiente de la masa.  El equilibrio térmico se produce cuando hay contacto y toma cierto tiempo.  9. referencias bibliográficas:  FÍSICA UNIVERSITARIA VOLUMEN I, Sears, Zemansky, Young, Fredman, Pearson.decimo segunda edición- pag 570-590  FÍSICA VOLUMEN I, Tipler, Mosca, Reverté, sexta edición-pag 350-360  Serway Jewet (2003). Física 1. Thomson. Séptima edición-pag 532-560  http://labovirtual.blogspot.com/search/label/calor%20espec%C3%ADfico...