Calor específico

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CALOR ESPECÍFICO DEL SUELO

1. INTRODUCCIÓN

Cuando varios cuerpos a diferentes temperaturas se encuentran en un recinto adiabático se producen intercambios caloríficos entre ellos alcanzándose la temperatura de equilibrio al cabo de cierto tiempo. Cuando se ha alcanzado este equilibrio se debe cumplir que la suma de las cantidades de calor intercambiadas es cero.

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).

La unidad de calor específico que más se usa es cal/(g ºC) sin embargo, debemos de ir acostumbrándonos a usar el Sistema Internacional de Unidades de Medida, y expresar el calor específico en J/(kg·K).

1. OBJETIVOS

• Aprender el método de las mezclas, y aplicarlo para encontrar el calor específico de una muestra de suelo
• Comprender que la conservación de energía es un principio universal y se aplica en todas las ramas de la física

1. MARCO TEÓRICO

Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa de un elemento o compuesto en un grado. En el sistema internacional sus unidades serán por tanto J·kg-1·K-1.

El calor específico del agua es de 4180 J·kg-1·K-1.

Teniendo en cuenta esta definición de calor específico propio de un cuerpo o un sistema Ce podemos deducir que el calor absorbido o cedido por un cuerpo de masa m cuando su temperatura varía desde una temperatura T1 hasta otra T2 (ΔT = T2 - T1) vendrá dado por la expresión:

Q = m·Ce·ΔT

Cuando dos cuerpos que están a distinta temperatura se ponen en contacto se produce un flujo de calor desde el que está a mayor temperatura hacia el que está a menor temperatura hasta que ambas temperaturas se igualan. Se dice que se ha alcanzado el equilibrio térmico:

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Dos cuerpos están en contacto tienen diferentes temperaturas se produce una transferencia de calor del que está a menor temperatura hacia el que está a mayor temperatura, hasta que dichas temperaturas se igualan.

En ese momento se dice que ha alcanzado el equilibrio térmico. El calor cedido por el cuerpo que estaba a más temperatura es igual  de signo contrario al calor ganado por el otro.

Calor ganado: mA.cA. (Te – TA)[pic 5]

Calor cedido: mB.cA. (TB- Te)

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

• Materiales

• Vaso calorimétrico, incluye tapa, cubierta aislante y agitador
• 1 balanza de brazos iguales
• Pesas de 100gr y 200gr
• Agua destilada
• Probeta
• Termómetro de mercurio (0-110)°C
• Estufa
• Vaso Baker

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• Instrumento principal

Vaso Dewar (vaso calorímetro)

Un vaso Dewar es un recipiente diseñado para proporcionar aislamiento térmico, disminuir las pérdidas de calor por conducción, convección o radiación. Se utiliza para almacenar líquidos, fríos o calientes. El vaso Dewar es llamado así por su inventor, el físico escocés James Dewar (1842-1923).[pic 7]

Su estructura principal consta de una doble pared de vidrio, pintada de plateado, y en el espacio intermedio se produce vacío, cuya función principal es evitar la transferencia de energía por convección y conducción, mientras que el plateado permite reflejar la radiación, ya que la plata es un muy buen reflector y tiene baja emisividad. Últimamente se utilizan también fibras de vidrio en el interior para dicho fin.

Para su uso industrial se fabrican de acero inoxidable, que presenta las ventajas de ser más ligero, no ser frágil y soportar cambios bruscos de temperatura. Desde el punto de vista termodinámico, solo varía la conductividad térmica del material.

• [pic 8]Pasos:

1. Mida lo más preciso la masa del suelo a usar (unos 120gr), y viértala en el calorímetro.

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1.   Calentar el agua destilada 120 ml en la estufa,  aproximadamente a 90°C. Anote la lectura del termómetro. Registre este valor en la Tabla I.

1. Inserte el termómetro en el calorímetro y lea su temperatura. Anótela en la Tabla I.

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1. Apague la estufa y vierta el agua en el calorímetro.

1. El agua hervida en el vaso se mezclará con el suelo contenido en el calorímetro.

1. Repetir el mismo procedimiento 2 veces más y anotar los datos en la Tabla I.

1. HOJA DE DATOS:

                                        TABLA I

Calor específico (Ce):

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Calculo del calor específico del suelo:

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• [pic 14]

                                           [pic 15]

1. CUESTIONARIO I -  PREGUNTAS DE REPASO

1. Se tienen varias bolas del mismo volumen y de la misma masa, pero hechas de distintos materiales, hierro, plomo, aluminio, cobre, estaño y vidrio. Se les calienta a la misma temperatura y luego se les deja sobre una plancha de cera, donde se hunden más. Justifique  

El calor que se requiere para variar la temperatura a cada bola se ve determinado por el calor específico al ser las masas iguales. El material que libere más calor a una temperatura constante creara que la superficie de contacto con la cera se funda más haciendo que se hunda en ese sentido. Por lo tanto, al ser el calor específico inversamente proporcional al cambio de temperatura tendremos en orden decreciente los materiales que se hunden:

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