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• Victor Hugo Saavedra Gonzalez

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CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA. Objetivos: Determinar el calor específico del agua. Fundamento teórico: En un sistema, que inicialmente se encuentra a la temperatura T, si le suministramos una cantidad de calor Q y sin cambiar de estado eleva su temperatura una cantidad ∆T, se define la capacidad calorífica media del sistema, entre las temperaturas T y T+∆T, mediante la relación: Q C= ΔT y el calor especifico se define como la capacidad calorífica por unidad de masa c=C/m.

La cantidad de energía generada en procesos de intercambio de calor puede medirse con un instrumento llamado calorímetro. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro o se puede medir con facilidad, la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Supongamos que el calorímetro contiene una cierta cantidad de agua ma a la que, a través de una resistencia eléctrica R por la que circula una corriente de intensidad I, le suministramos una cierta cantidad de calor por efecto Joule. Puesto que las paredes del calorímetro son adiabáticas (no hay ganancia ni perdida de calor hacia o de los alrededores), todo el calor es absorbido por el sistema agua+calorímetro aumentando su temperatura. Llamemos T(t) a la temperatura en el interior del calorímetro en el instante t y sea T0 la temperatura existente en t=0, justo cuando empieza a circular corriente por la resistencia. De acuerdo con lo expuesto anteriormente, tendremos (ma ca +CK )[T(t) - T0 ] = I 2 R t

(1)

siendo ca el calor específico del agua y Ck la capacidad calorífica del calorímetro, ya que debemos tener en cuenta que las paredes del calorímetro en contacto con el agua también se calientan. De la ecuación (1) se deduce que T(t) = T 0 +

2 I R t . ma c a + C k

(2)

En esta última expresión T0, I, R, ma, ca, y Ck son constantes. Por tanto, si fuéramos capaces de medir la variación de temperatura y representarla frente al tiempo deberíamos obtener una recta. Conocidos T0, I, R, ma y Ck sería posible determinar el calor específico del agua ca a partir de una medida de la pendiente de la recta.

Material: Se precisa de un calorímetro, un termómetro, una resistencia calefactora, una fuente de alimentación, un cronómetro, agua y una balanza.

Método experimental: Los pasos a realizar son los siguientes 1

a) Pesar el calorímetro vacío para determinar su masa m0. b) Medir el valor de la resistencia R. c) Añadir al calorímetro una cantidad de agua suficiente como para cubrir la resistencia y volverlo a pesar (masa m1 ) a fin de determinar la masa de agua añadida: ma =m1- m0 . d) Anotar la precisión de la balanza. ¿Cuál es el error cometido en la medida de ma?. e) Tomar la temperatura inicial T0 del agua. f) Tapar el calorímetro, colocar adecuadamente el termómetro a través del orificio de la tapa y conectar la resistencia calefactora a la fuente de alimentación. (si la resistencia se conecta a la fuente de tensión debe estar sumergida) g) Encender la fuente, poner en marcha el cronómetro y ajustarla rápidamente a 1,5 amperio. ¿Con qué precisión nos suministra la fuente dicha intensidad?. h) Tomar la temperatura cada minuto durante 20 minutos. Es importante agitar el calorímetro entre toma y toma para que el calor se distribuya uniformemente, y vigilar que la corriente se mantenga siempre estable en torno a 1,5 amperio.

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Nombre y Apellidos______________________________________________________________ Especialidad:________________Grupo______

CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA. 1. Valores de los parámetros del montaje: Intensidad: I =

±

(

)

Resistencia: R =

±

(

)

Masa de agua: ma =

±

(

)

Capacidad calorífica del calorímetro: Ck = 670 ± 10 (J/K ) 2. Tabla de datos de la temperatura correspondiente a cada instante de tiempo.

Tiempo (s) 0

Temperatura (ºC)

3. Representar en un papel milimetrado la temperatura frente al tiempo. 4. Calcular la pendiente de la recta de regresión. 5. Relacionar la pendiente de la recta de mejor ajuste con los parámetros del montaje de acuerdo con la ecuación (2) y obtener el calor especifico del agua ca±Δca y su error relativo. 9. ¿Coincide la medida efectuada dentro del margen de error con el valor teórico del calor específico del agua?. 3

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