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• Henry Echeverría

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FS-200

F´ısica General II

UNAH

Universidad Nacional Aut´ onoma de Honduras Facultad de Ciencias Escuela de F´ısica

Pr´ actica N◦3: Calorimetr´ıa Elaborado por: Raquel Mej´ıa, Yahira Mendoza, Julio Erazo y Misael Valladares.

1.

Introducci´ on

En la siguiente pr´actica de laboratorio se trabajar´a con la simulaci´on de la t´ecnica de calorimetr´ıa, la cual consiste en colocar una muestra de agua en contacto con una muestra met´alica desconocida dentro de un recipiente llamado calor´ımetro, el cual sirve para cuantificar la cantidad de calor que se transfiere entre ambas muestras mediante la medici´on directa de sus cambios en temperatura. Est´a t´ecnica en particular nos permite determinar el calor espec´ıfico de la muestra met´alica, la cual es una propiedad inherente de cada metal por lo que se puede conocer de qu´e material est´a hecho.

2.

Objetivos

1. Determinar el calor espec´ıfico de diferentes muestras met´alicas mostradas en la simulaci´on. 2. Determinar el tipo de material del que est´an hechas las muestras usadas en la simulaci´on. 3. Encontrar el calor transferido de la muestra met´alica a la muestra de agua.

3.

Marco Te´ orico

En esta secci´on se deber´a responder las siguientes preguntas usando la bibliograf´ıa sugerida en el apartado de referencias y una vez se haya familiarizado con el simulaci´on sobre calorimetr´ıa. 1. Investigue sobre las leyes de la termodin´amica haciendo ´enfasis en la ley cero. Explique por qu´e esta se aplica en la simulaci´on utilizada. 2. ¿Qu´e es capacidad t´ermica y calor espec´ıfico?¿Cu´al es la relaci´on entre estos dos conceptos? 3. Utilizando la ley cero de la termodin´amica y asumiendo que el sistema en el applet es aislado, deduzca la siguiente ecuaci´on para determinar el calor espec´ıfico de la muestra:  m   −∆T  a (1) cM = ca M ∆TM M:masa de la muestra met´alica m:masa de la muestra de agua 1

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Procedimiento experimental

Para familiarizarse con la simulaci´on previamente ver el video de instrucciones https://youtu.be/ 9Z6ylJYU9k8 1. Ingrese al link de la simulaci´on calorimetr´ıa (https://www.educaplus.org/game/calorimetria), recuerde que debe activar Adobe Flash para que la simulaci´on funcione correctamente. 2. Seleccionar la muestra A en la vi˜ neta de opciones superior izquierda y colocar las condiciones iniciales que su instructor le proporcionar´a. 3. Anotar las condiciones iniciales de la muestra en la tabla 1: a) Masa de la muestra met´alica: M b) Temperatura inicial de la muestra met´alica: T 4. Para el agua, seleccione las condiciones iniciales que su instructor le proporcione. Estas ir´an en las casillas: a) Masa de la muestra de agua: m b) Temperatura inicial de la muestra de agua: T0 de la tabla 1 5. Dar click en el bot´on comenzar para iniciar la simulaci´on. 6. En la parte derecha de la simulaci´on, aparece un term´ometro, cuando este deje de cambiar, anotar el valor de temperatura que muestra en la casilla Te . 7. Repetir los pasos del 2 al 5 para las muestras B, C y D utilizando las mismas condiciones iniciales en todas las mediciones

5.

Tabla de Datos Muestra A B C D

M (g)

T (◦ C)

m (g)

T0 (◦ C)

Te (◦ C)

Tabla 1: Condiciones iniciales y temperatura de equilibrio

Cantidad δm δT

Incertidumbre 1g 0.01◦ C

Tabla 2: Incertidumbres

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Tratamiento de datos experimentales C´alculo del calor espec´ıfico El siguiente procedimiento se har´a para cada una de las 4 muestras usadas en la simulaci´on 1. Diferencias de temperatura ∆Ta = Te − T0 ∆TM = Te − T T0 : Temperatura inicial del agua T : Temperatura inicial de la muestra Te : Temperatura de equilibrio 2. Calor espec´ıfico cM = ca

 m   −∆T  a

M

∆TM

con ca = 1 gcal ◦C 3. Incertidumbre

δcM = δm hcM i



1 1 + M m



 + 2δT

1 1 + ∆Ta ∆TM



4. Presentaci´on del resultado cM = (hcM i ± δcM ) Calor transferido Este c´alculo se har´a para cada una de las 4 muestras 1. Calor transferido hQM i = hcM iM ∆TM 2. Incertidumbre

δcM δm 2δT δQM = + + hQM i hcM i mM ∆TM

3. Presentaci´on del resultado QM = (hQM i ± δQM )

7.

An´ alisis de resultados

1. Habiendo obtenido los valores de los calores espec´ıficos de las muestras, investigue a que material corresponde cada valor y realice un gr´afico de discrepancia para cada uno de los valores calculados y su respectivo valor te´orico. 2. Mediante el uso de las siguientes expresiones, calcule cu´an exactos y precisos fueron sus resultados. |cte´orico − cM | cte´orico δcM Ip = × 100 % hcM i

% =

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a) ¿Cu´al de las mediciones fue m´as precisa? b) ¿Cu´al fue m´as exacta? 3. De las muestras que utiliz´o en la pr´actica de laboratorio, ¿qu´e muestra present´o una mayor transferencia de calor?, ¿qu´e indica esto?, ¿de qu´e material es la muestra?

8.

Cuestionario

1. Si en lugar de calentar la muestra, calentamos el agua ¿cambiar´ıan los resultados del experimento para el calor espec´ıfico del metal? 2. Un recipiente de paredes aislantes contiene agua a una temperatura de 70◦ C. Se sumerge en ella un objeto met´alico a una temperatura inicial de 20◦ C. a) ¿Hay un intercambio de calor entre el agua y el objeto? b) Indique qui´en absorbe energ´ıa y quien la libera. c) ¿Qu´e signo tendr´a la variaci´on de temperatura del agua? d ) ¿Ser´an necesariamente iguales las variaciones de temperatura del agua y del objeto met´alico? e) Luego de transcurrido un largo tiempo, ¿qui´en tendr´a mayor temperatura?¿El agua o el objeto? 3. Investigue cu´al es la dependencia del calor espec´ıfico respecto a la temperatura.

9.

Conclusiones

Bas´andose en los resultados obtenidos y analizando los objetivos de la pr´actica, redacte tres conclusiones.

Referencias F´ısica para Ciencias E Ingenier´ıa Vols.I y II Serway ,Jewett, 7a .Ed. F´ısica Universitaria. Vol.I ,Sears ,Zemansky ,13a .Ed. F´ısica. Vols. I y II ,Resnick ,Halliday ,Krane.4a .Ed. Introducci´on al an´alisis de Errores, John R. Taylor 2da Ed. F´ısica para Ciencias. Alan H.Cromer. 2da Ed.

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