CALORIMETRÌA: CALOR ESPECIFICO. Autores: Martinez S.L, Gamboa C.A, Rodriguez L.M

Corporación Tecnológica de Bogotá, Tecnología en Química Industrial

Bogotá, Colombia17/09/2015

OBJETIVOS

GENERAL

Aplicar el principio de Equilibrio Térmico.

ESPECIFICO

Determinar experimentalmente el calor específico del Aluminio, Hierro y Cobre.

MARCO TEORICO

CALOR

El calor es solo una de las formas de la energía y que es esta y no el calor la que

se conserva de acuerdo a la primera ley de la termodinámica. La energía como

propiedad se utiliza en termodinámica para ayudar a especificar el estado de un

sistema. De otra parte la energía se transfiere a través de los límites de un sistema

termodinámico en forma de trabajo o de calor. Transferencia de calor es la

expresión usada para indicar el transporte de energía originado en una diferencia

de temperatura. El calor pasa del cuerpo más caliente al más frio. Cuando ambos

cuerpos se hallan a la misma temperatura (Equilibrio térmico) ya no hay más

transferencia de calor. El calor que se agrega o se quita de un cuerpo a causa de

los cambios de temperatura recibe el nombre de calor sensible, que es

proporcional a la variación de temperatura y a la masa del cuerpo en cuestión. Si

un sólido recibe la acción del calor, la acumulación de energía en sus moléculas,

como energía cinética, aumenta sus vibraciones, venciendo las fuerzas que

mantienen unidas a las moléculas conformando el sólido, y pasando al estado

líquido. Ese calor aportando que permite pasar del estado sólido al líquido se

llama calor latente de fusión.

CALOR ESPECÍFICO

Una propiedad física de la materia es que requiere cierta cantidad de calor para

producir un cambio en la temperatura, por unidad de masa de una sustancia

determinada. A esto se le denomina calor específico de la sustancia. El calor

especifico se define como el número de Joules (J) requerido para elevar la

temperatura de 1.00 kg de una sustancia a 1.00 K. Sus unidades en el Sistema

Internacional son J/kg.K .

Q= c.m. T

El calor específico del agua es 1 caloría/gramo °C = 4,186 julios/gramo °C que es

más alto que el de cualquier otra sustancia común. Por ello, el agua desempeña

un papel muy importante en la regulación de la temperatura. El calor específico

por gramo de agua es mucho más alto que el de un metal.

Si el calentamiento se produce manteniendo constante el volumen de la sustancia

o su presión, se habla de calor especifico a volumen constante o a presión

constante.

EQUILIBRIO TÈRMICO

Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que

inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se

suspende el flujo de calor, y el sistema formados por esos cuerpos llega a

su equilibrio térmico. Cuando las temperaturas se igualan, en ese momento

existirá equilibrio térmico (los dos cuerpos tienen idéntica temperatura) y entonces

ya no habrá más traspaso de energía, ya que la energía que transmiten las

moléculas de uno y otro son idénticas, por eso al ser igual las energías reciprocas,

se compensan entre sí, y no hay variaciones. En ese momento la energía deja de

CALOR AÑADIDO CAMBIO DE LA TEMPERATURA

MASACALOR ESPECÌFICO

ser calor y se convierte en energía interna. Por eso se concluye que un cuerpo

caliente no posee calor sino energía interna. Equilibrio alude a

esta compensación entre ambos cuerpos, que es un equilibrio dinámico, pues la

transferencia existe pero en igualdad entre uno y otro, siendo térmico pues es

referido a la temperatura (ambos poseen la misma).

La ley cero de la termodinámica, formulada en 1931 por Ralph Fowler se basa en

el equilibrio térmico, y expresa que considerados dos sistemas separadamente A y

B, que se encuentran en equilibrio térmico con otro sistema, al que llamaremos C,

la experiencia muestra que a su vez A y B se encuentran también en equilibrio

térmico.

En la medición de temperatura a través del termómetro, también se aplica

este principio, ya que el termómetro es puesto en contacto con el cuerpo cuya

temperatura se quiere medir, hasta que ambos alcancen idéntica temperatura.

TABLA DE DATOS Tabla 1.Elemento Masa (g) Tº inicial Tº final Tº inicial

(agua termo)MasaAgua (g)

Fe 131.24 91ºC 23ºC 18ºC 209.07Cu 80.55 92ºC 22º C 19ºC 180.25Al 19.13 91ºC 20ºC 18ºC 150.97

Cálculos experimentales HIERRO* CONVERTIR GRAMOS DEL Fe a Kg.

131.24g∗1kg1000 g

=0.13124 kg

*HALLAR MASA DEL AGUA m (termo+agua) – m (termo)

406.45 g−197.38 g=209.07g∗1kg1000 g

=0.20907 kg

Qg=−Qc

m H 2O∗C H 2O∗ΔT H 2O=−mFe∗CFe∗ΔTFe

0.20907 kg∗4186J

Kg.ºC∗(23ºC – 18 ºC )=−0.13124 Kg∗CFe∗(23 ºC−91 ºC)

4375.83 J=8.92432 Kg∗° C∗CFe

4375.83 J8.92432 Kg . °C

=CFe

490.327 J /Kg∗° C = CFe

MARGEN DE ERROR

470 J / Kg °C – 490.327 J /Kg °C470 J / Kg° C

∗100=4.32%

COBRE

*CONVERTIR GRAMOS DEL Cu a Kg.

80.55g∗1 kg1000 g

=0.08055 kg

*HALLAR MASA DEL AGUA m (termo+agua) – m (termo)

377.63 g−197.38 g=180.25g∗1kg1000 g

=0.18025 kg

Qg=−Qc

m H 2O∗C H 2O∗ΔT H 2O=−mCu∗CCu∗ΔTCu

0.18025 kg∗4186J

Kg.ºC∗(22 ºC – 19ºC )=−0.08055 Kg∗CCu∗(22ºC−92ºC)

2263.5795 J=5.6385 Kg∗°C∗CCu

2263.5795 J5.6385 Kg . °C

=CCu

401.4506 J /Kg∗° C =CCu

MARGEN DE ERROR

390 J /Kg ° C – 401.4506 J / Kg° C

390 J / Kg °C∗100=2.93 %

ALUMINIO

CONVERTIR GRAMOS DEL Al a Kg.

19.13g∗1 kg1000 g

=0.01913 kg

*HALLAR MASA DEL AGUA m (termo+agua) – m (termo)

348.35 g−197.38 g=150.97g∗1kg1000 g

=0.15097 kg

Qg=−Qc

m H 2O∗C H 2O∗ΔT H 2O=−mAl∗CAl∗ΔTAl

0.15097 kg∗4186J

Kg.ºC∗(20ºC – 18 ºC )=−0.01913 Kg∗° CAl∗(20 ºC−91 ºC)

1263.92084 J=1.35823 Kg∗°C∗CAl

1263.92084 J1.35823 Kg . °C

=CAl

930.5646 J /Kg∗°C =C Al

MARGEN DE ERROR

920 J / Kg° C – 930.5646 J / Kg° C920 J /Kg °C

∗100=1.14 %

ANALISIS DE RESULTADOS.

Durante el procedimiento realizado en la práctica, se pudo verificar y comprobar los valores teóricos del calor específico de los tres elementos dados (Hierro, Cobre y Aluminio). Mediante la ecuación del equilibrio térmico, el cual se logra cuando, en este caso, dos elementos que se encuentran a diferente temperatura se colocan en contacto. Según los resultados dados en los procedimientos y los valores teóricos, se calculó el margen de error que dio un porcentaje muy bajo, por lo que es importante reconocer que en el momento de la toma de los datos, pudo haber una variación, como en la temperatura lo cual hizo que los valores experimentales presentaran un pequeño margen de error al compararlos con los valores teóricos.

CONCLUSIONES:

La ecuación de equilibrio térmico sirve para determinar cantidades

de calor si se conoce la masa del cuerpo, su calor específico y la

diferencia de temperatura.

El cuerpo con mayor temperatura otorga calor al cuerpo de menor

temperatura. Cuando se igualan las temperaturas, el paso del calor

se interrumpe. Se puede decir que llega a un equilibrio térmico.

Se pudo comprobar los valores teóricos de calor específico de los

elementos mediante la prueba, ya que los valores dados

experimentalmente no estaban alejados de estos, comprobado por el

pequeño margen de error resultante.

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 energía ya que al no efectuarse trabajo mecánico

la energía térmica total del sistema se mantiene.

BIBLIOGRAFIA:

Orear J (1996) Física fundamental. México. Editorial Limusa Wiley S.A.

Resnick, R. Halliday, D (2004). Física 4ª. México. Editorial CECSA.

Tipler, A. (2000). Física para la ciencia y la tecnología. Barcelona: Ed.

Reverté

Alfonso, A. (2014) Margen de error, Explicación, Concepto, Comparando los porcentajes. Retomado de http://campodocs.com/articulos-para-saber-mas/article_41079.html#

https://books.google.com.co/books?id=wyzffChepw0C&pg=PA15&dq=equilibrio+termico&hl=es&sa=X&ved=0C

BwQ6AEwAGoVChMIgaDg3Kb5xwIVBtQeCh2E1QrD#v=onepage&q=equilibrio%20termico&f=false