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CALOR ESPECIFICO DE METALES Laura S. Bermeo Programa académico de medicina, facultad de salud Universidad del Valle, Cali (Colombia) 24 de Marzo de 2018

RESUMEN. Se determinó la capacidad de intercambio de energía térmica de tres muestras de metales diferentes, al estudiar dichos metales que se encontraban en una escala similar en su peso, se obtuvo el calor específico de cada muestra y se encontró el material del cual está hecho el vaso del calorímetro. Las magnitudes físicas utilizadas en este laboratorio fueron: -

(Gramos) para el peso de: Materiales utilizados, agua y los metales. (Grados centígrados) para la temperatura de: Los sistemas estudiados. (Cal/ g°C) para el calor especifico de cada metal.

INTRODUCCIÓN. Cada material tiene una capacidad de almacenar calor de manera distinta, y esta depende de la naturaleza y composición de dicho material. Esta situación que resulta familiar como experiencia de vida, nos va a llevar a la definición de calor específico. El objetivo general de este laboratorio es determinar el calor específico de muestras de diferentes metales y el objetivo específico es determinar el material del cual está hecho el vaso del calorímetro.

DISCUSIÓN TEÓRICA. Dos o más cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, el equilibrio térmico (misma temperatura). Este hecho se conoce como Principio Cero de la Termodinámica. El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energía interna de un sistema a otro, con la condición que ambos estén a diferente temperatura” [1]

Figura 1. Ilustración grafica del concepto de la ley cero de la termodinámica. La expresión que relaciona la cantidad de calor que intercambia una masa m una cierta sustancia con la variación de temperatura que experimenta es:

de

Ecuación 1 Donde m es la masa del objeto medida en gramos, C el calor específico de la sustancia medido en (cal/g°C) y Δt es el cambio de temperatura medido en °C, por lo tanto para este laboratorio las unidades resultantes del cambio de energía térmica son CALORIAS. El calor específico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. [1] En un arreglo experimental para investigar este concepto, es importante que una cantidad mínima de calor sea perdida por el sistema o ganada por sus alrededores. Cuando no hay pérdidas ni ganancias desde el sistema, todos los intercambios de calor son por los componentes del sistema. Un dispositivo usado para producir un ambiente térmicamente aislado que asegure que todos los intercambios de calor ocurren dentro del sistema, se llama calorímetro. Por lo tanto, para encontrar el calor específico de una sustancia, en este caso de una muestra de metal que se calienta en agua en su punto de ebullición y se lleva a un calorímetro, se utiliza la siguiente ecuación [2]:

cm =

Mw Cw(Te-To) + Mcal Ccal (Te-To) +Ms Cs ( Te-To) Mm(Tm-Te) Ecuación 2.

Donde Mw es la masa del agua, Mcal es la masa del vaso del calorímetro, Ms la masa del agitador y Mm es la masa de la muestra de metal. Tm es la temperatura inicial del metal, To la temperatura inicial del vaso, el agua y el agitador y Te es la temperatura final del equilibrio. Cw es calor específico del agua y Cm el calor especifico del metal. [2]

Las siguientes son las unidades de medidas utilizadas: -

Gramo: Medida de masa, de símbolo g, que es igual a la milésima parte de un kilogramo.[3]

-

Grados Celsius: es la unidad termométrica cuyo 0 se ubica 0,01 grados por debajo del punto triple del agua y su intensidad calórica equivale a la de kelvin. [4]

-

(Cal/ g°C) : Calor especifico de un sólido en calorías por gramo dados por grados centígrados.[5]

MÉTODOS EXPERIMENTALES. Los materiales necesarios para la realización del laboratorio se mencionan a continuación: -

Calorímetro y agitador Recipiente para calentar agua Calefactor Termómetro Soporte universal Muestras metálicas de diferente material

El procedimiento experimental se efectuó de la siguiente manera: Primero se colocó una muestra metálica en un recipiente con agua, suspendida de un soporte universal para que no tocara el fondo del recipiente y dicha muestra estuviese completamente cubierta por el agua, se calentó hasta que alcanzó su punto de ebullición y se dejó por 3 minutos más y en ese momento se midió la temperatura y esta fue la temperatura del metal la cual se tabuló, mientras ocurría el proceso anteriormente mencionado, se tomó las medidas de masa del vaso del calorímetro y el agitador, seguidamente se llenó el vaso con agua hasta la mitad y se determinó la masa combinada del vaso del calorímetro, el agitador y el agua, después se realizó el ajuste del calorímetro, al que se le puso el termómetro dentro, se agitó el agua suavemente para asegurar que todas sus partes estén en equilibrio , se midió la temperatura de este sistema cuyo resultado es la temperatura inicial del vaso, agua y agitador y se tabularon todos los datos hallados. Por último se transfirió la muestra del metal; dicha transferencia se realizó con las precauciones necesarias, al tener esta muestra dentro del calorímetro se observó la máxima temperatura y se tabuló dicho resultado, al cual corresponde la temperatura final del equilibrio. Este procedimiento se repitió con las otras muestras y de la misma manera se realizó su respectiva tabulación.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Los resultados obtenidos con el procedimiento experimental se tabularon de la siguiente manera: Tabla 1. Tabla de datos obtenidos, donde Mw es la masa del agua, Mcal es la masa del vaso del calorímetro, Ms la masa del agitador y Mm es la masa de la muestra de metal. Tm es la temperatura inicial del metal, To la temperatura inicial del vaso, el agua y el agitador y Te es la temperatura final del equilibrio.

Masa del vaso ( Mcal) = 53,58 (g)

Masa del agitador (Ms)= 27,9 (g)

Meta l

Mcal+Ms+Mw (g)

Mcal+Ms+Mw+Mm (g)

Mw (g)

Mm (g)

To (°C)

Tm (°C)

Te (°C)

1 2 3

238,8 238,8 238,8

388,6 396,2 403,7

157,4 157,4 157,4

150 157,4 164,9

27 27 27

100 100 100

30 35 46

Los datos obtenidos permitieron analizar la existencia de un factor muy importante en el cambio de temperatura al ingresar dicha muestra de metal, ya que estas muestras están en una escala similar de su masa este no afectó en gran medida, así que el cambio lo generó lo que teóricamente se conoce como calor específico, de cada material. Se tabuló el calor específico encontrado a partir de la ecuación (2) y se comparó con los calores específicos establecidos. Calores específicos establecidos Cw= 1 cal/gºc

Cs = 0,22 cal/gºc = Ccal

CFe= 0,11 cal/gºc CCu= 0,083 cal/gºc Donde, Cw es el calor específico del agua, Cs es el calor especifico del agitador y vaso del calorimetro, CFe es el calor especifico del hierro y CCu es el calor especifico del cobre. Tabla 2. Tabulación de datos encontrados a partir de la ecuación 2, los cuales se interpretaron con los calores específicos establecidos y se realizó su respectiva desviación porcentual; donde C( cal/gºc) es el calor especifico establecido de los metales y Cexp(cal/gºc) es el calor especifico encontrado experimentalmente. Metal

1 2 3

C (cal/gºc) 0,22 0,11 0,08

Cexp (cal/gºc) 1,16 1,11 1,06 .

Desviación porcentual -81,03 -90,09 -92,16

La tabla anterior permite el respectivo análisis sobre el calor especifico experimental, ya que al encontrar dichos valores y compararlos con los establecidos se encuentre una desviación bastante notoria, puesto que los factores externos y la interpretación de los datos obtenidos juegan un papel muy importante; sin embargo no es impedimento para encontrar los datos que necesitados, ya que al observar la escala de los calores específicos establecidos y los experimentales, se encontró el tipo de metal de cada muestra, por lo tanto, se encontró el valor real.

De esta manera, el metal número 1 es aluminio y como el valor del aluminio es el mismo del vaso del calorímetro y del agitador, se encontró que el material el cual está hecho el calorímetro y el agitador, es de aluminio. Por otro lado el metal número dos es de hierro y el número 3 es de cobre, siendo el ultimo el que mejor transmite calor de un sistema a otro, ya que las calorías que necesita para aumentar la temperatura de cierta cantidad de masa son menores que las que necesita el hierro, ubicándose en segundo lugar y por último el aluminio.

CONCLUSIONES. 1. Se comprobó experimentalmente el calor específico de tres muestras de metales diferentes, las cuales corresponden al cobre, hierro y aluminio. 2. Se encontró el material del vaso del calorímetro, el cual corresponde al aluminio

BIBLIOGRAFIA [1] http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/calor.html [2] Jesus Anselmo tabares Ph.D- Carlos Leonardo Beltrán ríos, Ms.c, (2012) Guía experimentación en física para ciencias de la salud, Universidad del Valle, Cali colombia [3] https://www.google.com.co/search?rlz=1C1EJFA_enCO791CO791&ei=xQnaW qzrAY-25gLq_ba4Dg&q=gramo+definicion&oq=gramo+definicion&gs_l=psyab.3..0i7i30k1l10.22072.24024.0.24374.7.7.0.0.0.0.279.1194.0j4j2.6.0....0...1c. 1.64.psy-ab..1.6.1190...0i131i67k1j0i67k1j0i7i10i30k1.0.2iOa28sy7mg [4] https://www.google.com.co/search?q=grados+celsius+definicion&rlz=1C1EJFA _enCO791CO791&oq=grados+celcius+de&aqs=chrome.1.69i57j0l5.6200j0j4&s ourceid=chrome&ie=UTF-8 [5] https://www.google.com.co/search?rlz=1C1EJFA_enCO791CO791&ei=QQraW omRJvy5gLjkovIAw&q=calor+especifico+unidades&oq=calor+especifico+uni&gs_l=p

syab.3.0.0l4j0i22i30k1l4.4500.11003.0.12262.22.10.0.2.2.0.252.1148.0j4j2.6.0.... 0...1c.1.64.psy-ab..15.7.984...0i131i67k1j0i67k1.0.aERxLP4_xCE

1 funcion lineral 1 f cuadrática 1 logaritimica 1 de progresión aritmética y geométrica 1 sorpresa