UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME Nº5

“CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS”

CURSO : FÍSICA II

SECCION :G

PROFESOR : PACHAS SALHUANA JOSE TEODORO

ALUMNOS :

ROSALES DOZA EDUARDO ANIBAL 20174531F

PURI HUAMÁN ANDRÉ HANYELO 20171242C

2018
CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS 1
 PRÓLOGO

El presente informe sirve de complemento al tema de Calorimetría visto en

clase. Se indicará los objetivos del experimento, se explicará el

procedimiento e incluye fotografías; así también se muestra nuestra

fundamentación teórica en la cual nos basamos para obtener los resultados.

Se presentará una hoja firmada por el profesor del curso en cual apuntamos

los datos obtenidos a ciertas condiciones descritas; con estos datos se hace

los cálculos correspondientes para hallar la capacidad calorífica del

calorímetro, luego el calor específico de solidos de tres materiales.

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 ÍNDICE

✓ Objetivos 4

✓ Fundamentación teórica 5

✓ Representación esquemática del fenómeno 11

• Materiales 11

• Procedimiento 13

✓ Hoja de datos 15

✓ Cálculos y resultados 16

✓ Conclusiones y Recomendaciones

✓ Bibliografía

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 OBJETIVOS

➢ Corroborar las leyes vistas en clase (Ley de equilibrio térmico).

➢ Determinar la capacidad calorífica del calorímetro.

➢ Determinar el calor específico de tres materiales sólidos.

➢ Mostrar una definición amplia respecto al calor específico y sus

términos ligados a este.

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 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

Calorimetría significa medición del calor. Para poder entender cómo se mide
el calor tenéis que saber primero algunas otras cosas.
TEMPERATURA
La temperatura es el grado de agitación molecular que poseen las partículas
al ganar una cierta cantidad de energía cinética dependiendo de las
condiciones en las que se encuentre, esto está relacionado directamente con
el calor el factor principal que puede cambiar la temperatura del entorno.

CALOR
Energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la
transformación de otras energías; es originada por los movimientos
vibratorios de los átomos y las moléculas que forman los cuerpos. Esta
energía se puede transferir de tres formas por convección, por conducción,
por radiación. Se han desarrollado diversas teorías y principios del
comportamiento del calor por ejemplo se tiene el concepto de gradiente de
temperatura.

CALOR ESPECIFICO DE SOLIDOS 5

EQUIVALENCIA ENTRE CALORÍAS Y JOULES
La equivalencia de calor se determinó con el experimento de joule, En el
experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es
decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor
caloría.
Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran
cantidad de energía que es necesario transformar en calor para elevar
apreciablemente la temperatura de un volumen pequeño de agua.
Descripción.
Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con
un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se
ponen en movimiento por la acción de una pesa, tal como se muestra en la
figura.

La versión original del experimento, consta de dos pesas iguales que cuelgan
simétricamente del eje.
La pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía
potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las paletas se calienta
debido a la fricción.
Si el bloque de masa M desciende una altura h, la energía potencial
disminuye en Mgh, y ésta es la energía que se utiliza para calentar el agua
(se desprecian otras pérdidas).

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Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al
incremento de temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (el
calor específico de agua) es igual a 4.186 J/(g ºC). Por tanto, 4.186 J de
energía mecánica aumentan la temperatura de 1g de agua en 1º C. Se define
la caloría como 4.186 J sin referencia a la sustancia que se está calentando.
Y con ello se determinó la famosa relación:

1 cal=4.186 J

CALOR RECIBIDO Y CALOR ENTREGADO

Para poder calcular ello se representa con la siguiente fórmula:
En esta fórmula Q es el calor que recibió o que entregó el cuerpo. Puede ir
en cal o en Kcal. Si Q te da (+) el cuerpo recibe calor (se calentó). Si Q te
da (-) el cuerpo entregó calor. (Se enfrió). Atención con esta convención de
signos porque es importante. m es la masa del cuerpo. Va en kg o en gr. Tf
y Ti son las temperaturas final e inicial que tiene el cuerpo. Van en ºC.
Vamos ahora a algo importante... ¿qué es c? c es lo que se llama CALOR
ESPECÍFICO DEL CUERPO. Sus unidades son:
C= calorías/gr. °c o Kcal/Kg. °c

El calor específico mide la cantidad de energía necesaria para suministrar a

un gramo o kilogramo para lograr que incremente su temperatura en 1°c. La
ecuación presentada solo es válida cuando el cuerpo no cambia de estado al
recibir y entregar energía.

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CALOR DE FUSIÓN Y DE VAPORIZACIÓN
Es un término que se usa para describir la cantidad de energía o calor
necesario para pasar a un nuevo estado de la materia, por lógica se puede
deducir que para pasar a otro estado hay que agregarle más calor a un cuerpo
de masa grande que a un cuerpo de masa pequeña pero de la misma densidad
y estado y así que el calor necesario es proporcional a la masa y esa constante
de proporcionalidad se conoce como calor latente.
Y se define así: Q=m.L
Donde Q: calor en calorías, m: masa en gr y L: calor latente en calorías/
gr
El calor latente varía dependiendo al estado que se quiera pasar y del tipo de
material con el que se realice el experimento.
DIAGRAMAS TEMPERATURA – CALOR ENTREGADO

Este es un ejemplo del diagrama del H2O en función del calor donde se
observa que el calor sensible su valor con respecto a la temperatura varía
debido a que no cambia de estado y en cambio cuando llega al calor latente
esta se mantiene constante ya que está en un estado transitorio y dejará de
ser constante cuando llegue a otro estado de la materia.
CALORÍMETRO – RECIPIENTE ADIABÁTICO
Vamos a la idea de PARED ADIABÁTICA. Una pared es adiabática si es
aislante del calor. El calor no puede atravesar una pared adiabática. Si vos
consiguieras un recipiente total y absolutamente adiabático, cualquier cosa
caliente que pusieras adentro no se enfriará nunca. (Nunca). Digo "si vos
consiguieras" porque esto es teórico. Los recipientes adiabáticos no existen
en la realidad. Lo más parecido a un recipientes adiabático es un termo. Pero
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si pones agua caliente en un termo, al rato se enfría. DIAGRAMA DE
ENFRIAMIENTO DE VAPOR A 100 ºC HASTA HIELO A – 20 ºC 2700
Kcal 3650 Kcal Q (Kcal) CALORIMETRIA - 11 - En un recipiente
adiabático no puede salir calor de adentro ni tampoco puede entrar el calor
de afuera. Quiere decir que algo frío puesto en un recipiente perfectamente
adiabático, seguiría frío por los siglos de los siglos. Y lo mismo para algo
caliente. (Repito, esto es teórico).
En la realidad se usa lo que se llama "calorímetro". Un calorímetro es una
especie de olla con tapa. Conserva bien el frío y el calor. No es totalmente
adiabático, pero sirve para hacer experimentos. Un calorímetro es una cosa
así:
Un pote de telgopor de los que se usan para el helado sirve perfectamente
como calorímetro.
TEMPERATURA FINAL DE EQUILIBRIO PARA DOS CUERPOS QUE
INTERACTÚAN EN UN CALORÍMETRO
Para poder calcular ello se usa la teoría de la ley cero de la termodinámica y
para ello se pondrá un ejemplo:
Cómo se calcula la temperatura final de equilibrio para 2 cuerpos que se
ponen en un calorímetro: Pongamos 1 kg de agua a 20 ºC en un calorímetro.
Ahora agreguemos 1 kg de hierro a 80 ºC.
El fe se va a enfriar (Va a ceder calor). El agua se va a calentar (Va a recibir
calor). Después de un tiempo el hierro y el agua van a estar a la misma
temperatura. Esa temperatura Tf tendrá que estar entre 20 y 80 ºC. Lo que
quiero es calcular esa temperatura final. ( Importante ). Digo: El recipiente
es adiabático y no puede salir calor. Quiere decir que el calor que pierde el
hierro tiene que ser ganado por el agua. Entonces puedo poner:

Q ganado por el H2O = - Q cedido por el Fe

Fíjate que le puse un signo menos al calor cedido por el hierro. Esto es porque
para el fe, la Tf es menor que la Ti. Entonces el valor QFe = c.m (Tf -Ti) me
va a dar negativo. Pasando al mismo miembro:

Q ganado por el H2O + Q cedido por el Fe = 0

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Conclusión: Cuando ponen en un recipiente adiabático 2 substancias que
inicialmente están a distinta temperatura y me piden calcular la temperatura
final, tengo que plantear siempre:
Q ganado + Q cedido = 0

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REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DEL FENÓMENO

MATERIALES

Calorímetro de mezclas (termo)

Matraz de 250 ml

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 3 piezas de metal sólido

Una olla sobre el soporte universal con el mechero a gas

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 Pinza de laboratorio

PROCEDIMIENTO

➢ Capacidad calorífica del calorímetro

✓ Colocar dentro del termo una cantidad Ma de agua a temperatura

menor que la del ambiente.

✓ Deje que se establezca el equilibrio y medir la temperatura de

equilibrio y medir la temperatura de equilibrio Ta.

✓ Caliente agua en la olla a una temperatura Tb y colocar una

cantidad Mb de esta agua en el calorímetro.

✓ Mida la nueva temperatura de equilibrio T.

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 ➢ Calor específico de sólidos

✓ Colocar una cantidad Ma de agua en el calorímetro y deje que se

establezca el equilibrio. Mida la temperatura Tb.

✓ Sumergiéndola en agua caliente, eleve la temperatura del sólido

hasta una temperatura Tb.

✓ Sumerja el cuerpo a temperatura Tb dentro del agua a temperatura

Ta y mida la temperatura de equilibrio T.

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 HOJA DE DATOS

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 CÁLCULOS Y RESULTADOS

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 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

➢ Se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual

establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía

final total del mismo sistema.

➢ El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a

que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón,

al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor

temperatura transfiere calor al otro de menor temperatura hasta que se

logra el equilibrio térmico.

➢ 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.

➢ Cuando la temperatura del sistema aumenta Q y ∆T se consideran

positivas, lo que corresponde a que la energía térmica fluye hacia el

sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y ∆T son negativas y la

energía térmica fluye hacia fuera del sistema.

➢ El equilibrio térmico se establece entre sustancias en contacto térmico

por la transferencia de energía, en este caso calor; para calcular la

temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de

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 energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico la energía térmica

total del sistema se mantiene.

➢ Medir bien la cantidad de agua que se va utilizar en el experimento

para que los cálculos sean más exactos.

➢ Medir con la mayor precisión posible la temperatura marcada por el

termómetro para que los cálculos seas más exactos.

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 BIBLIOGRAFIA

✓ FISICA PARA CIENCIAS E INGENIERIA RAYMOND A. SERWAY SEXTA

EDICION

✓ FISICA 2 HUGO MEDINA GUZMAN

✓ MANUAL DE LABORATORIO DE FISICA GENERAL UNI

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