UNIVERSIDAD DON BOSCO

UNIVERSIDAD DON BOSCO
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
Asignatura: FÍSICA II
LABORATORIO DE FÍSICA
CICLO:
AÑO:
Laboratorio: 08
Laboratorio 08: CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL
I. OBJETIVOS
General
 Aplicar el Método de las Mezclas, transfiriendo calor entre objetos que se encuentran en un sistema
aproximadamente aislado.
Específicos
 Determinar la Capacidad Calorífica (C) de un calorímetro.
 Determinar el Calor Específico (c) de una muestra metálica.
 Identificar en base a los resultados del experimento, el metal que constituye la muestra.
II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Si metemos una cuchara fría en una taza de café caliente, la cuchara se “calienta” y el café se “enfría” para acercarse
ambos al equilibrio térmico. La interacción que causa estos cambios de temperatura es básicamente una
transferencia de energía de una sustancia a otra. La transferencia de energía que se da exclusivamente por una
diferencia de temperatura se llama Flujo de Calor o Transferencia de Calor, y la energía transferida se llama Calor.
La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una masa m de un cierto material o sustancia, de una
temperatura inicial a una temperatura final, se expresa mediante la siguiente ecuación.
(Ec.1)
Donde c, se denomina Calor Especifico del material. Para un cambio infinitesimal de temperatura, la cantidad de calor
correspondiente se expresa de la siguiente manera:
(Ec. 2)
La cantidad de calor Q, puede ser positiva o negativa. Por convención si el calor se suministra al sistema es positivo, y
negativo si se extrae de él. (Ver figura 1)
Figura 1: Convención del signo para el calor Q.
La calorimetría se encarga de medir las cantidades de calor transferido, basándose en el Principio de Conservación
de la Energía así, si fluye calor entre dos cuerpos aislados de su entorno, el calor perdido por un cuerpo es igual al
calor ganado por el otro cuerpo. Si interaccionan varios cuerpos, la suma algebraica de las cantidades de calor
transferido entre todos los cuerpos debe ser igual a cero.
Calor Específico de un Metal
Pág. 1
III. TAREA PREVIA
1.) Defina los siguientes conceptos:
 Calorimetría
 Calorímetro
 Sistema aislado, adiabático y cerrado
2.) Investigar
 Enunciado de la Ley Cero de la Termodinámica
 Enunciado del Principio de Conservación de la Energía
 ¿En qué consiste el Método de Mezclas?
 Los calores específicos de los siguientes solidos: Cobre, Hierro, Aluminio, Plomo, Agua líquida, Vapor de Agua.
Expréselos en unidades de (J/kgK) (Indicar fuente bibliográfica).
3.) Se recomienda resolver problemas de aplicación sobre capacidad calorífica y calor específico, haciendo uso de la
bibliografía sugerida por el docente de teoría.
IV. MATERIALES Y EQUIPO
Cantidad
1
1
1
1
1
1
1 par
1
Material/Equipo
Calorímetro
Termocupla
Cocina
Beaker
Muestra Metálica
Balanza
Guantes
Soporte Vertical con Base
V. PROCEDIMIENTO
Esquema de un calorímetro y sus partes.
Figura 2: Representación esquemática de un
calorímetro e identificación de sus partes.
Calor Específico de un Metal
Pág. 2
PARTE A: DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN CALORÍMETRO.
a) Mida en la balanza, la masa del calorímetro formado por el vaso y la tapa del mismo. Anótela en la tabla 1.
b) Con el calorímetro tapado, mida con el termómetro la temperatura en su interior, esto será la temperatura
inicial T0 del calorímetro.
c) Caliente 300 mL de agua en un beaker hasta una temperatura aproximada de 80°C. Justo cuando el
termómetro indique los 80°C registre esta temperatura como la temperatura inicial del agua.
d) Vierta rápidamente el agua caliente (80°C) en el calorímetro, tápelo y agite en forma continua y sin que se
salpique la cubierta interior de poliestireno de la tapadera.
e) Mida con ayuda del termómetro, la temperatura de Equilibrio Térmico TE del sistema Calorímetro-Agua.
f) Finalmente, por diferencia de masas, calcule la cantidad de agua caliente que se agregó al calorímetro.
g) Con los datos obtenidos, llene la tabla 1.
PROPIEDAD
DATOS
Masa total del calorímetro vacío (kg)
Temperatura Inicial del Calorímetro (°C)
Temperatura inicial del Agua Caliente (°C)
Masa de agua caliente (kg)
Temperatura de Equilibrio Térmico (°C)
TABLA 1
PARTE B: DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECIFICO DE UN METAL
a) Es conveniente, antes de iniciar con esta parte, que se enfríe el calorímetro para lo cual se recomienda
agregar agua fría y dejarlo reposar unos cinco minutos mientras alcanza la temperatura ambiente.
b) Mida con la balanza, la masa de la muestra metálica. Asegúrese de medir nuevamente la masa del
calorímetro vacío.
c) Coloque aproximadamente 300 mL de agua a temperatura ambiente dentro del calorímetro, mida la masa
total del sistema y la temperatura inicial del sistema Calorímetro-Agua. Traslade estos datos en la tabla 2.
d) Caliente 350mL de agua en el beaker y coloque la muestra metálica dentro del beaker con agua de tal manera
que ésta no toque el fondo del beaker pero que quede completamente sumergida en el agua (de ser necesario
agregue más agua).
e) Caliente el conjunto hasta que ambos alcancen una temperatura de ebullición. Manténgase en esta condición
un tiempo aproximado de cinco minutos. Y luego anote el valor de esta temperatura en la tabla 2, esta
temperatura será la temperatura Inicial de la Muestra Metálica T0 MUESTRA.
f) Retire del beaker únicamente la muestra metálica e introdúzcala rápidamente dentro del calorímetro con
agua fría, tápelo y agite aproximadamente por un minuto. Registre con ayuda del termómetro, la temperatura
de Equilibrio Térmico TE (C-A-M) del sistema Calorímetro-Agua-Muestra.
g) Con los datos obtenidos complete la tabla 2.
PROPIEDAD
DATOS
Masa total del calorímetro vacío (kg)
Masa total Agua en el calorímetro (kg)
Masa de la muestra Metálica (kg)
Temperatura inicial del Sistema Calorímetro-Agua (°C)
Temperatura inicial de la Muestra Metálica (°C)
Temperatura de Equilibrio Térmico del Sistema
Calorímetro-Agua-Muestra(°C)
TABLA 2
Nota: Una vez terminada la toma de datos, limpiar y ordenar su mesa de trabajo antes de retirarse.
Calor Específico de un Metal
Pág. 3
VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS
1.) Traslade los datos de las tablas 1 y 2 a las tablas 3 y 4, dejando constancia de todos los cálculos y
procedimientos realizados.
PROPIEDAD
DATOS
Masa total del calorímetro vacío (kg)
Temperatura Inicial del Calorímetro (°C)
Temperatura inicial del Agua Caliente (°C)
Masa de agua caliente (kg)
Temperatura de Equilibrio Térmico (°C)
TABLA 3
PROPIEDAD
DATOS
Masa total del calorímetro vacío (kg)
Masa total Agua en el calorímetro (kg)
Masa de la muestra Metálica (kg)
Temperatura inicial del Sistema Calorímetro-Agua (°C)
Temperatura inicial de la Muestra Metálica (°C)
Temperatura de Equilibrio Térmico del Sistema
Calorímetro-Agua-Muestra(°C)
TABLA 4
2.) En base a los datos de la tabla 3, calcule la Capacidad Calorífica del Calorímetro. No olvidar unidades ni
constancia de los cálculos realizados.
3.) En base a los datos de la tabla 4, calcule la Capacidad Específico de la Muestra Metálica. No olvidar unidades
ni constancia de los cálculos realizados.
4.) ¿Qué principio físico se aplicó para obtener la capacidad calorífica del calorímetro y el calor especifico de la
muestra metálica?
5.) Según el resultado obtenido ¿a qué metal corresponde la muestra metálica? Tome como referencia el dato
que obtuvo en su investigación bibliográfica de los calores específicos de diferentes sólidos.
6.) Determine el porcentaje de error en la obtención del calor específico de la muestra metálica. Añada la fuente
bibliográfica en su reporte.
7.) Es aceptable el porcentaje de error? Si, No, porque? En ambos casos justifique cuales pudieron ser los
factores que pudieron influir en el resultado obtenido?
8.) Elabore 5 conclusiones para su reporte, en base a los resultados obtenidos, causas de error y objetivos de la
práctica.
Calor Específico de un Metal
Pág. 4
Departamento de Ciencias Básicas
Laboratorios de Física y Química
NOTA:
HOJA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES.
Asignatura: Física II
Nombre de la Practica: “Calor Específico de un Metal”
DOCENTE:______________________________________________Fecha:_____/______/______ G.L.:__________
Miembros del grupo:
No
Apellidos
1
2
3
4
5
No
Nombres
Aspectos a Evaluar
%Asig
1
Presentación (Limpieza, orden, coherencia)
5
2
Tablas 3 y 4 (Completas, Constancia de cálculos, orden)
10
3
Calculó la capacidad calorífica del calorímetro con sus
respectivas unidades. Constancia de cálculos
15
4
Calculó el calor específico de la muestra metálica con sus
respectivas unidades. Constancia de cálculos
15
5
Explicó qué principio se aplicó para obtener la capacidad
calorífica y el calor especifico del calorímetro y de la
muestra metálica respectivamente.
10
6
Identificó el tipo de metal al que corresponde la muestra
de acuerdo al resultado de calor específico obtenido.
10
7
Determinó el porcentaje de error del calor específico
experimental con el teórico. Incluyó fuente de consulta.
15
8
Explicó si es aceptable o no el porcentaje de error obtenido,
así como también las posibles causas de error que
influyeron en el resultado del mismo.
10
9
Elaboró las 5 conclusiones
10
TOTAL DE PUNTOS
Carnet
%Obten
Firma
G.T.
Observaciones
100
Calor Específico de un Metal
Pág. 5