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MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL – 10ª Edición
DAFI – FCF – UNMSM
CALORES ESPECÍFICOS
EXPERIENCIA N° 10
Las moléculas tienen una estructura interna porque están compuestas
de átomos que tienen diferentes formas de moverse en las moléculas.
La energía cinética almacenada en estos grados de libertad internos no
contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor específico
I.
OBJETIVO
Determinar el calor específico de objetos sólidos, mediante el método de mezclas.
II.
EQUIPOS / MATERIALES
1 Equipo de calentamiento
1 Clamp
1 Soporte universal
1 Varilla metálica
1 Calorímetro de mezclas
1 Termómetro
1 Probeta graduada, 100 ml
1 Vaso de precipitado, 500 ml
1 Balanza
Agua potable
3 Muestras metálicas
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es
directamente proporcional a la variación de la temperatura T,
Q
Q'
=
∆T
∆T '
(1)
También, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia,
son directamente proporcionales a la masa m,
Q Q'
=
m m'
(2)
El calor específico (c ) de un cuerpo se define como:
c=
Exp. N° 10 CALORES ESPECÍFICOS
1 dQ
m dT
(3)
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Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el
medio que lo rodea, mientras que dT es el elemento de variación de temperatura que
experimenta los cuerpos.
La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones
en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se utilizará el método de
mezclas y el proceso de medida se realizará a presión constante.
Determinación del equivalente en agua del calorímetro (K)
Sea una porción de agua de masa ma dentro de un calorímetro de masa mcal ambos a una
temperatura Ta. Sobre este conjunto se vierte agua de masa mb que inicialmente se
encuentra a temperatura Tb > Ta. Considerando ca el calor específico del agua, ccal el
calor específico del calorímetro se deja que se equilibre el proceso de la mezcla a una
temperatura llamada de equilibrio Te
m a c a (T e − T a ) + m cal c cal (T e − T a ) = m b c a ( t b − T e )
Considerando: K = mcal ccal, reemplazando en la ecuación y despejando K:
K =
m b c a (T b − T e )
− m a c a (4)
(T e − T a )
Determinación del calor específico de un metal
Para determinar el calor específico de un metal se usa una porción de agua de masa ma
dentro de un calorímetro con equivalente en agua K ambos a una temperatura Ta. Sobre
este sistema se sumerge dentro del agua un metal de masa mmetal que inicialmente se
encuentra a temperatura Tb > Ta. Considerando ca el calor específico del agua, cmetal el
calor específico del metal se deja que se equilibre el proceso de la mezcla a una
temperatura llamada de equilibrio Te. Luego en el balance se tiene:
m a c a (T e − T a ) + m cal c cal (T e − T a ) = m metal c metal ( t b − T e )
Despejando se obtiene :
c metal =
( m a c a + K )( T e − T a )
m metal (T b − T e )
IV. PROCEDIMIENTO
MONTAJE - Determinación del equivalente
en agua del calorímetro
1. Monte el equipo como muestra el diseño
experimental de la Figura.
2. Coloque en el calorímetro una masa de
150 g de agua (para la medida del
volumen utilice la probeta graduada).
3. Tome la temperatura en el calorímetro.
Exp. N° 10 CALORES ESPECÍFICOS
calorímetro
vaso
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4. Mida la masa de la primera muestra cilíndrica y complete la Tabla 1.
Tabla 1
m agua
150 g
±
Ta
±
m cal
±
Tcal = a
±
ܿ௖௔௟
±
5. Deposite la muestra en el vaso de precipitados que contiene 400 ml de agua y
sométala a la acción térmica, hasta que alcance la temperatura de ebullición.
6. Deje hervir la muestra de 7 a 10 minutos.
7. Retire la muestra del agua caliente e introdúzcala rápidamente en el calorímetro.
Tápelo inmediatamente. Anote la temperatura en el momento que llegue al
equilibrio
Te .
8. Realice la misma operación con muestras de sustancias diferentes. Coloque en el
vaso con agua en hervor una muestra cada vez.
9. Complete la Tabla 2 y determine el calor específico de las muestras. No olvide
acompañar a cada valor su error experimental.
Tabla 2
Bloque
Muestra1
Muestra2
Muestra3
T a (ºC)
Tb (ºC)
T e (ºC)
m metal
(g)
c metal (cal / g ⋅º C )
EXPERIMENTO N° 10
CALOR ESPECÍFICO
ALUMNO:
MATRÍCULA:
Exp. N° 10 CALORES ESPECÍFICOS
FECHA:
V.B
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V. EVALUACIÓN
1. A partir de los datos de la tabla 2 y de la ecuación (4) halle los calores específicos de
los bloques utilizados en la experiencia.
MUESTRA 1
MUESTRA 2
MUESTRA 3
calores específicos
experimentales
VI. TAREA
1. Defina el calor específico de un material. ¿Cuál es la diferencia con capacidad
calorífica?
2. ¿Qué es un recipiente térmicamente aislado? Describirlo y explicar cómo funciona.
3. ¿Qué es un calorímetro?
4. ¿Qué es un frasco Dewar?
5. ¿Cuál sería la diferencia si en vez de agua usamos vino para determinar el calor
específico del aluminio?
6. Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de cada
uno de ellos.
7. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento.
8. Si tenemos una pieza recientemente construida y observamos que su temperatura se
encuentra por encima de los 300°C, ¿Cómo podemos medir su temperatura real si
solamente tenemos un termómetro que mide como máximo hasta 150 °C?
9. Busque los valores teóricos de los calores específicos de los bloques trabajados en
clase y halle el error porcentual con los valores que Ud. halló en el laboratorio. Si el
error le sale mayor a 10%, justifique ¿por qué?
VI. CONCLUSIONES
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VII. RECOMENDACIONES
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Exp. N° 10 CALORES ESPECÍFICOS
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