Calor específico: Uso de un calorímetro

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Laboratorio 3

‘Calor específico: Uso de un calorímetro.’

Integrantes:

Pablo Díaz Hermansen.

Catalina  Rivas Chandía.

Valentina Sanhueza Pérez.

Asignatura: Física II, sección 5.

Profesor: David Aguayo.

Fecha: 23 de junio de 2023.

1. Resumen:

En este informe se presentarán los resultados obtenidos a partir de un experimento relacionado con los conceptos de temperatura, calor específico, capacidad térmica, calor y energía. Los objetivos principales fueron medir el calor específico de un metal desconocido, y la capacidad térmica de un recipiente: lo anterior, mediante la medición, observación, registro y ajuste de los datos experimentales, evaluando la transferencia y absorción de calor de un cuerpo, así como la energía necesaria para aumentar su temperatura, pudiendo llevar a cabo aquellos objetivos. De esto, se obtuvo que la capacidad térmica del vaso es de 174, el calor específico del metal desconocido es 659 y el =0,042 [Kg]. Las conclusiones extraídas se basan en los resultados obtenidos y las variables consideradas, teniendo en cuenta los posibles errores que puedan haber surgido durante el experimento.[pic 2][pic 3][pic 4]

Palabras claves: calor, calor específico, capacidad térmica, calor transferido, Ley Cero.

2. Introducción:

El calor específico, denominado por la letra ‘c’, se define como la cantidad de energía necesaria que se requiere para elevar la temperatura de una unidad de masa, de una sustancia, en una unidad de grados Celsius o Kelvin (en esta oportunidad será en Celsius). También, este parámetro nos proporciona información respecto a la capacidad de un material para almacenar o liberar calor.

Por otro lado, la capacidad térmica ‘C’ de una muestra, se relaciona con la cantidad de calor transferido ‘Q’ de la siguiente manera:

,[pic 5]

donde  refiere a la diferencia de temperatura experimentada por la muestra . Luego, para una sustancia en particular, el calor específico ‘c’ se obtiene a partir de la siguiente relación: [pic 6][pic 7]

,[pic 8]

donde m representa la masa de la muestra. Por ejemplo, el calor específico del agua es de 4186, o sea, que requiere de 4186 Joules de energía por kilogramo de agua para aumentar la temperatura en un grado Celsius. [pic 9]

Luego, cuando dos o más cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, se produce una transferencia de calor entre ellos hasta que alcanzan un equilibrio térmico. Esta idea se rige por la ‘Ley Cero’ de la termodinámica, la cual a su vez establece que la cantidad de calor transferido desde un objeto caliente a uno frío, es la misma magnitud pero con signo opuesto:

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Uno de los objetivos de este laboratorio es determinar la capacidad térmica de un contenedor y el calor específico de un metal. De esta forma, en base a la relación entre el calor absorbido y cedido es como lograremos determinar estos resultados numéricos en función de las siguientes ecuaciones (despeje expuesto en ‘Anexo’):

   (1)   [pic 11]

 (2)[pic 12]

Donde  corresponderá a la pendiente m1 de la recta de forma y = m*x + b, la cual nos permitirá calcular la capacidad térmica y lo mismo para  , pero para calcular el calor específico del metal, diferenciándose como pendiente m2, donde  es la masa del metal y  el calor específico del metal. También, obtenemos el equivalente del agua .[pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17]

Así, a raíz del marco experimental y de los principios teóricos expuestos, se medirá la cantidad de calor transferido y las respectivas variaciones de temperatura, permitiéndonos lograr los objetivos mencionados y extender la comprensión de las propiedades térmicas de los materiales.

3. Metodología:

En este laboratorio se utilizarán los siguientes materiales otorgados por el docente:

• Un contenedor (vaso).
• Agua caliente.
• Balanza.
• Termómetro.
• Hilo
• Tuerca de metal de 75[gr]

Parte 1:

Para medir la capacidad térmica del contenedor, se utilizó el siguiente procedimiento:

(Es importante mencionar que la medición de la temperatura se realiza mediante el aparato proporcionado por el docente y mediante la aplicación asociada a este).

En primera instancia, tomamos el vaso contenedor, medimos su masa y lo llenamos con agua a temperatura ‘ambiente’, específicamente, agua común de la llave. Posteriormente, esperamos unos minutos a que la temperatura se iguale o aclimate a la temperatura del ambiente, para luego desechar el agua. Con esto se espera que la temperatura del vaso se iguale a la del agua, y por lo tanto, que corresponda a la medida a partir de esta.

Por otro lado, debemos calentar/hervir agua a una temperatura superior a la del contenedor. Esta temperatura del agua hervida varía entre los 50 y 80 grados Celsius, sin embargo, en esta ocasión, varía entre 82 y 86 grados Celsius. Por consiguiente, debemos medir 50 gramos de agua de esta agua hervida, medir su temperatura y verterla en el contenedor. Mediante el aparato medidor, debemos medir y registrar esta nueva temperatura del contenedor cuando esta se estabilice. Cabe mencionar, que entre cada medición el vaso contenedor estará cubierto por dos capas de plumavit, las cuales tendrán la misión de disminuir las variables externas que puedan afectar el experimento (corrientes de aire, movimientos bruscos, etc.)

Luego, debemos repetir el procedimiento anterior: vaciar el contenedor y volver a llevarlo a temperatura ambiente. Listo lo anterior, debemos agregar 100 gramos de agua hirviendo para repetir el procedimiento pasado.

Finalmente, debemos repetir este procedimiento para las masas de 50, 100, 150, 200 y 250 [ml] de agua. Los datos obtenidos y modelados en gráficas, obtenidos a partir de Excel, se presentarán en la parte de ‘Resultados’.

Parte 2:

Para llevar a cabo esta parte es necesario ya haber encontrado la capacidad térmica del contenedor.

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