Laboratorio Virtual N° 04. Calor Específico. Física de la Masa y la Energía. Ciclo 2022 - 0 PDF

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTOTORIBIO DE MOGROVEJOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILAMBIENTALINFORME DE LABORATORIO VIRTUAL N° 04JESÚS ALBERTO TARRILLO SOTO05 DE FEBRERO DEL 2022EDWIN ALDRIN CUMPA BARRIOSGUÍA DE LABORATORIO N° 04Calor específico1. ResumenEn este laboratorio hablaremos de qué manera...

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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL AMBIENTAL

INFORME DE LABORATORIO VIRTUAL N° 04 JESÚS ALBERTO TARRILLO SOTO 05 DE FEBRERO DEL 2022

EDWIN ALDRIN CUMPA BARRIOS

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GUÍA DE LABORATORIO N° 04

Calor específico 1. Resumen En este laboratorio hablaremos de qué manera la energía interna, el calor y la temperatura juegan un papel muy importante para poder describir un sinnúmero de fenómenos, sabemos por experiencia propia que la transmisión de calor sobre una sustancia genera una serie de cambios físicos. Por lo general lo que le ocurre a un objeto depende de su composición y organización interna de las partículas que lo componen. 1.1. Objetivos  Determinar el calor específico de ciertos materiales.  Analizar el mecanismo de transferencia de calor entre dos sustancias.  Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro por principios de calor Calcular y comparar datos teóricos de calores específicos de los metales.  Analizar los intercambios de calor que tienen lugar en el interior del calorímetro, lleno de agua que contienen al metal.  Entender que el calor es una forma de energía.  Determinar los calores específicos de los diferentes metales a partir de su masa y temperatura de equilibrio.  Analizar los diferentes valores obtenidos y llenar las tablas. 2. Fundamento Teórico El calor específico no solamente depende del material que compone el cuerpo, sino que también depende de la fase en la que se encuentre (sólido, líquido o gas) y del proceso que pueda seguir el cuerpo (isobárico, isovolumétrico, etc). Para el caso del agua, a partir de los experimentos, se ha podido obtener los siguientes valores: Ce (hielo)= 0,505 cal/g°C Ce (vapor)= 0,47 cal/g°C Ce(agua)= 1 cal/g°C Para las aplicaciones, el calor específico del hielo y el vapor se suele redondear, por ello normalmente encontramos que Ce(hielo)=Ce(vapor)= 0,5 cal/g °C El agua es una sustancia muy especial y gracias a ella, a pesar de haber cambios climáticos muy severos, la vida animal y vegetal hasta hoy en día perdura. Una de las propiedades del agua es consecuencia de su elevado calor específico, comparado con la mayoría de sustancias; su valor es de 1 cal/g °C. 2

Por lo tanto, los cuerpos (sustancias) con mayor calor específico requieren más calor para calentarlos y los de menor calor específico menos calor.

Relación entre el Ce y la temperatura Un estudio riguroso del calor específico señala que este también depende de la temperatura, es decir, al cambiar la temperatura, también cambia el calor específico. Capacidad calorífica Si al transferir calor a una sustancia esta cambia su temperatura, es importante conocer qué cantidad de calor origina un cambio de temperatura en un grado, 3

sin conocer de qué sustancia se trata ni la masa que presenta. Para esto se define una magnitud escalar denominada capacidad calorífica. Equivalente en agua De esta forma se denomina a la cantidad de agua que al absorber o perder una cantidad de calor igual a la de un cuerpo, experimenta con dicho cuerpo el mismo cambio de temperatura. Calorímetro Es un recipiente térmicamente aislante que encuentra aplicación para determinar experimentalmente calor específico desconocido. Está conformada por 2 envolturas una interna y otra externa, entre ellas hay materiales aislantes térmicos; también los conforman un termómetro y un agitador. El termómetro nos indica la temperatura antes de hacer la mezcla y después de hacerla, en el equilibrio térmico. El agitador o removedor sirve para que en caso necesario homogenice la mezcla que se haga en el interior del recipiente mencionado. Fórmulas

3. Procedimiento y toma de datos 3.1. Ingrese al simulador: calorimetry (*) https://media.pearsoncmg.com/bc/bc_0media_chem/chem_sim/calorimetry/Cal or.php A. Entre a experiment y luego a run experiment. se muestra un vaso de precipitación en un plato caliente a la izquierda y un calorímetro a la derecha. Como muestra la figura siguiente. 4

B. Explore la interfaz. Pruebe los diferentes controles C. Debajo del vaso de precipitación, haga clic en la pestaña Sólidos y seleccione Ag. Ajustar la masa a 20 g y ajustar la temperatura a 200° C. Haga clic en el botón Siguiente en el marco izquierdo cerca de la parte inferior de la pantalla. Ahora haga clic en la pestaña Líquidos debajo del calorímetro y agregue 50 g de agua y ajustar la temperatura del agua a 20 ° C. Registre las condiciones iniciales en la Tabla N° 1. C.1.En la sección ejecutar experimento (run experimento), haga clip en inicio. Complete la tabla N° 1.

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4. Resultados

Magn itud

Ag

Masa (g) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C)

20g 200 °C 23.96 °C

Variación de la temperatura(°C)

-176.04 °C

Agu a 50 g 20 °C 23.96 °C 3.96 °C

Tabla N° 1: datos de calorimetría con plata Ag en el simulador

Plata - Agua

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A. Repita el procedimiento C. para el oro, cobre y hierro. Anote los resultados en la tabla N°2

Magnitud Masa (g) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Variación de la temperatura(°C)

Oro 20 g 200 °C

Ag ua 50 g 20 °C

Cobr e 20 g 200 °C

Ag ua 50 g 20 °C

Hier ro 20 g 200 °C

Ag ua 50g 20°C

26.44 °C

26.44 °C

26.39 °C

26.39 °C

27.41 °C

27.41 °C

-173.56 °C

6.44 °C

173.61° C

6.39 °C

-172.59 °C

7.41° C

Tabla N° 2: datos de calorimetría para diferentes materiales

Oro - Agua

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Cobre - Agua

Hierro - Agua

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B. Repita el procedimiento C. para los materiales desconocidos X y Y. complete la tabla N°3 Magnitud Masa (g) Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Variación de la temperatura(°C)

X

agua

20 g

50 g

200 °C

20 °C

26.44 °C -173.56 °C

Y

agua

20 g

50 g

200 °C

20 °C

26.44 °C

22.18 °C

22.18 °C

6,44 °C

-177.82 °C

2.18 °C

Tabla N° 3: datos de calorimetría para los sólidos X y Y mezclados con agua

Material Desconocido X - Agua

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Material Desconocido Y - Agua

5. Cuestionario 5.1. ¿Qué sustancia gano o pierde calor cuando se combina el agua y la plata? La sustancia que gana calor es el agua y la que pierde es la plata, ya que inicialmente la plata estaba a una temperatura mucho mayor que era de 200 °C y luego pasa a 23.96 ºC, mientras que el agua se encontraba a una temperatura menor que era de 20 °C, la cual fue aumentando con respecto al tiempo hasta llegar a 23.96 ºC. 5.2. ¿A qué se llama temperatura de equilibrio? El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio térmico.

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5.3. Calcule el calor transferido desde o hacia la plata. Calcule el calor transferido desde o hacia el agua. Compare estas cantidades de calor.  Calor transferido desde o hacia la plata Datos:  Masa = 20 g  Calor específico (Ce) = 0.235 J/gºC  Variación de la temperatura (∆�) = -176.04 ºC

� = � ��∆ � = 20 g (0.235 J/g°C) ( -176.04 °C) � = -827.388 J

 Calor transferido desde o hacia el agua Datos:

� = ���∆

 Masa = 50 g  Calor específico (Ce) = 4.184 J/gºC  Variación de la temperatura (∆�) = 3.96 ºC

� = 50 g (4.184 J/gºC) (3.96 ºC)

�= -828.432 Se puede observar que la cantidad de calor ganada deJ agua es igual a la cantidad

perdida de la plata, cuando dos cuerpos se transfieren calor.

5.4. Calcule el calor especifico de la plata. Datos:  Masa = 20 g

�� =

∆ ∆ ∆ ∆

 Calor específico (Ce) = -827.388 J/gºC Ce = 0.235 J/g °C  Variación de la temperatura (∆�) = -176.04 ºC 11

5.5. ¿Cómo habrían cambiado sus resultados anteriores si hubiera usado otra cantidad de gramos de plata a otras temperaturas y agua en diferente cantidad y temperatura? Si usáramos diferentes cantidades de masa tanto de agua como de plata, la temperatura final también cambiaría. Por ejemplo, si aumentamos la cantidad de temperatura y masa de la plata, y también el del agua, la temperatura final obtenida sería mayor o si reducimos la cantidad de agua, entonces la temperatura final será menor.

5.6. ¿El calor especifico de la plata depende de la masa use? ¿En general el calor específico de una sustancia depende de su masa? El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia; acá en este caso la plata retiene más calor por ser un metal, por lo que no depende de la cantidad de masa que se use, porque el mismo metal retiene el calor. Por lo que se puede decir que el calor específico de una sustancia no va a depender de la masa de este, sino va a depender de la substancia de la que está compuesto

5.7. Estando activada la función vista microscópica, describa lo se observa en los átomos de plata y las moléculas de agua durante el proceso de mezcla. De la vista microscópica, cuando 20g de plata a 200° C entra en contacto con 50g de agua a 20° C, Se puede observar que al inicio los átomos de plata vibran mucho más rápido que las moléculas de agua, pero a medida que pasa el tiempo el grado de vibración de los átomos de plata disminuye, mientras que el de las moléculas de agua aumenta hasta que ambos tengan el mismo grado de vibración, en otras palabras, se da un equilibrio de energía entre ambos cuerpos.

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5.8. ¿Cuál o cuáles de los materiales analizados sería mejor como utensilio de cocina? Explique su respuesta. Como utensilios de cocina sería mejor utilizar materiales hechos de aluminio, dado que su calor específico es mayor y presenta una menor variación de temperatura. Estas características ayudan a que sea un material de mayor resistencia al calentarse. 5.9. Calcule las cantidades de calor transferidos y los calores específicos de los sólidos las tablas N°2 y N°3

Sólidos

Dat os

Calor transferido �= ���∆�

M = 20 g Oro (Au)

∆� �∆�

−1,173.266 20(−173.56)

� = 20(0.338) (−173.56)

∆� = -173.56 °C

� = -1,173.266 J

�� = 0.338 J/gºC

Ce = 0.385 J/g°C

� = 20(0.385) (−173.61)

�� =

∆� = -173.61 °C

� = -1,336.797 J

�� = 0.385 J/g°C

Ce = 0.449 J/g°C

� = 20(0.449) (−172.59)

�� =

∆� = -172.59 °C

� = -1,549.8582 J

M = 20 g Hierro (Fe)

�� =

Ce = 0.338 J/gºC

M = 20 g Cobre (Cu)

Calor específico

�� =

−1,336.797 20(−173.61)

−1,549.8582 20(−172.59)

�� = 0.449 J/g°C

M = 20 g

−1,173.266 20(−173.56)

Material

Ce = 0.388 J/gºC

� = 20(0.388) (−1753.56)

�� =

desconocid

∆� = -173.56 ºC

� = -1,173.266 J

�� = 0.338 J/gºC

oX M = 20 g

−455.22 20(−177.82)

Material

Ce = 0.128 J/gºC

� = 20(0.128) (−177.82)

�� =

desconocid

∆� = -177,82 ºC

� = -455.22 J

�� = 0.128J/gºC

oY

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6. Conclusiones En conclusión, el calor específico es la propiedad de los cuerpos que mide esa diferencia y se puede definir como el calor necesario para que la unidad de masa de un cuerpo aumente 1ºC su temperatura. Una caloría equivale a 4,18 J. Matemáticamente el calor especifico es la razón entre la capacidad calorífica de un objeto y su masa. El equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico por la transferencia de energía. 7. Bibliografía 

Raymond A. Serway, John W. Jewett Jr, “física para ciencias e ingeniería volumen I”, séptima edición, Cengage Learning Editores, S.A., México 2008. Disponible en http://fis.ucv.cl/docs/FIS-131/textos/Serway-septimaedicion-castellano.pdf , acceso mayo del 2020. Pags. 531 – 552.



Sears , Zemansky , “física universitaria volumen I” , decimosegunda edición, editorial Addinson – Wesley , México 2009. Disponible en https://drive.google.com/file/d/0B27KdYWDobjXYm9sZXlaRE5FZjg/vie w , acceso mayo del 2020. Pags. 570 -609.

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Apuntes de clase ENLACES (*) chimestry simulator: calorimetry https://media.pearsoncmg.com/bc/bc_0media_chem/chem_sim/calorimetry/Calor.ph p

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