Determinación del calor específico de metales mediante un calorímetro, Guías, Proyectos, Investigaciones de Física

¡Descarga Determinación del calor específico de metales mediante un calorímetro y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Física solo en Docsity! Universidad Nacional Mayor de San Marcos (Universidad del Perú, Decana de América) FACULTAD DE QUÍMICA E ING. QUÍMICA E.A-P ING. QUÍMICA 07.2 LABORATORIO DE FÍSICA II INFORME DE LABORATORIO DE FÍSICA PRÁCTICA N° 9 TEMA: Calor específico HORARIO: Martes 12 pm a 2 pm PROFESOR: Roxani Yaringaño INTEGRANTES: ● Romani Vasquez, Ruthmey (23070289) ● Reyes Calderón, Adrián Héctor (23070288) ● Sandoval Lozano, Maylin Nicol (23070290) ● Espinoza Toledo, Ralp (18130122) Lima, Perú 2024 TABLA DE CONTENIDO 1. OBJETIVOS ……………………………………………………………….. 2 2. EQUIPOS Y MATERIALES ……………………………………………… 3 3. FUNDAMENTO TEÓRICO………………………………......................... 5 3.1. Calor específico 3.2 Equilibrio térmico 3.3 Calor y Temperatura 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………………… 6 5. EVALUACIÓN…………………………………………………….................. 8 6. CONCLUSIONES ………………………………………………………… 9 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS …………………………………….. 13 1 Estos dos sistemas en contacto térmico no deben mezclarse ni reaccionar químicamente entre sí. Además, deben estar situados en un entorno donde no puedan intercambiar calor con el exterior y no puedan realizar ningún tipo de trabajo. A lo largo del tiempo, estos sistemas pueden alcanzar un estado de equilibrio termodinámico, conocido como equilibrio térmico, ya sea recíproco o habitual. En este estado, se observan cambios macroscópicos mientras la actividad continúa. 3.3. Calor y temperatura Según el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante (2017) calor y temperatura son dos conceptos diferentes, pero estrechamente relacionados. Observemos que tienen diferentes unidades: la temperatura puede medirse en unidades de grados Celsius (°C) o Kelvin (K), y el calor tiene unidades de energía: Joules (J). La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos o moléculas en el sistema. Las moléculas de agua en una taza de café caliente tienen una mayor energía cinética promedio que las moléculas de agua en una taza de té helado, lo que también significa que están moviéndose a una velocidad más alta. La temperatura no depende de qué cantidad tengas de una sustancia (siempre y cuando esté toda a la misma temperatura). Por esta razón, los químicos pueden utilizar el punto de fusión para poder identificar una 4 sustancia pura: la temperatura a la cual se derrite es una propiedad de la sustancia que no depende de la masa de una muestra. 4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL 1.Dentro del calorímetro, vierta 150 ml de agua (m H 20 ) y mida la temperatura inicial del sistema Ti. 2.Con la balanza de tres brazos determine la masa del cilindro de metal mm y anote este valor en la tabla 1. 3.En vaso de pyrex vierta 500 ml de agua. Suspenda el termómetro y los cilindros de metal como se muestra en la figura y proceda a calentar el sistema con el mechero bunsen hasta que el agua hierva a la temperatura de 100 0 C , mantener la muestra durante 10 minutos, 4.Retire la muestra con mucho cuidado del pyrex e introduzca rápidamente dentro del calorímetro y cierre herméticamente y espere 2 minutos para que llegue al equilibrio térmico (temperatura final). 5 5.Con un termómetro mida la temperatura del sistema en equilibrio TF. 6.Con la ecuación (5) y los valores de la tabla 1, determine el calor especifico de cada muestra Ce 5. EVALUACIÓN 1) Defina el calor específico de un material, cuál es la diferencia con capacidad calorífica. El calor específico de un material es una propiedad que indica la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de dicha sustancia en un grado Celsius (°C) o Kelvin (K). Se expresa en unidades de J/(kg·°C) o J/(kg·K). Esta propiedad es intensiva, lo que significa que no depende de la cantidad de material presente. La capacidad calorífica, por otro lado, es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cantidad dada de sustancia en un grado Celsius (°C) o Kelvin (K). A diferencia del calor específico, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva, ya que depende de la cantidad de sustancia. La capacidad calorífica total se calcula multiplicando el calor específico (c) por la masa (m) de la sustancia: C = mCe Donde: ● C es la capacidad calorífica (en J/°C o J/K). ● m es la masa de la sustancia (en kg). ● Ce es el calor específico de la sustancia (en J/(kg·°C) o J/(kg·K)). 6 Muestra 𝑚 𝑚 𝑚 𝐻 2 𝑂 𝑚 𝐶𝐴𝐿 𝑇 𝑖 𝑇 𝑓 ∆𝑇 ∆𝑇' Aluminio 23.3 150 79.3 95°C 23°C 72 2 °C Acero 68 150 79.3 95°C 22°C 73 1°C Cobre 79.3 150 79.3 95°C 22°C 73 1°C Zinc 83.3 150 79.3 95°C 23°C 72 2°C 5) ¿Cuál sería la diferencia si en vez de agua usamos aceite para determinar el calor específico del aluminio? La principal diferencia entre usar agua y aceite para determinar el calor específico del aluminio radica en las propiedades térmicas de ambos materiales. ● El calor específico es una medida de la cantidad de calor que un material puede almacenar por unidad de masa. El agua tiene un calor específico significativamente mayor que la mayoría de los aceites. Por ejemplo, el agua tiene un calor específico de aproximadamente 4.18 J/g°C, mientras que los aceites tienen valores más bajos, generalmente alrededor de 2 J/g°C. Esto significa que, en general, se necesita menos cantidad de agua que de aceite para calentar un material, como el aluminio, a la misma temperatura. ● La conductividad térmica es la capacidad de un material para transferir calor a través de él. El agua tiene una conductividad térmica más alta que la mayoría de los aceites. Esto significa que el agua puede transferir calor más eficientemente que los aceites. Por lo tanto, al usar agua en lugar de aceite, es más probable que obtengas una transferencia de calor más rápida y eficiente al aluminio. 6) Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de cada uno de ellos. ● Calorímetro Adiabático: Este tipo de calorímetro se utiliza para medir el calor generado en una reacción descontrolada, también conocido como escape térmico, se define como una reacción en la que se ha perdido el control sobre la velocidad de la reacción, por lo que la generación de calor excede a la tasa de eliminación. Es así como el calor generado por la reacción aumenta la tasa cinética de la reacción mientras progresa. ● Calorímetro de Bomba de Oxígeno: Un calorímetro de bomba es utilizado para determinar la energía liberada durante la combustión de una sustancia. 6. CONCLUSIONES ● El experimento se centró en determinar el calor específico de varios metales, incluyendo aluminio, acero, cobre y zinc, mediante la transferencia de calor entre las 9 muestras de metal calientes y agua fría en un calorímetro. Al aplicar los principios de equilibrio térmico y la ecuación del calor específico, se observaron cambios de temperatura consistentes con las propiedades térmicas esperadas de cada metal. Este proceso demostró ser eficaz para medir y calcular el calor específico de manera precisa, lo que permitió alcanzar el objetivo principal del experimento. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2015). Thermodynamics: An Engineering Approach.McGraw-Hill Education. - Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2018). Physics for Scientists and Engineers. Cengage Learning. - Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2013). Fundamentals of Physics. Wiley. 10