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• Faviano Gomzales

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1 de Noviembre

Temperatura y calor.

de 2018

INFORME DE LABORATORIO TEMPERATURA Y CALOR

En esta práctica de laboratorio se utilizó el siguiente montaje:

Autores: -

Miguel Suarez Sebastián Rincón Juan David Collante Terán

MONTAJE

1 Resumen: La práctica consiste en la observación y análisis de los temas relacionados con el calor específico, variación de la temperatura, y variables medidas con las que se obtiene una descripción más completa en el sistema estudiado. Se determina la capacidad calorífica de una sustancia (glicerina) por medio del suministro de la misma cantidad de calor a dos sustancias diferentes (agua y glicerina). Generalidades: Al proceso en el cual se miden las cantidades de calor intercambiadas se le conoce como calorimetría; se pueden sintetizar las observaciones hechas en muchos experimentos a lo largo del tiempo, describiendo los objetos en términos de su capacidad calorífica, la cual es la cantidad de calor requerida de una misma sustancia para cambiar la temperatura de un objeto 1°C. El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad necesaria de calor para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado (Kelvin o Celsius). Esta magnitud se expresa con la letra “c” minúscula. El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es característico de cada sustancia. El calor cedido o absorbido por masas distintas de una misa sustancia son directamente proporcionales a éstas, también las cantidades de calor cedido o absorbido por masas de una misma sustancia son directamente proporcionales a la variación de temperatura presentada. La cantidad de calor Q necesaria para calentar un objeto elevando su temperatura 𝞓T está dada por: Q=mc𝞓T En un análisis de este tipo, se debe primero identificar los objetos que intercambian calor, cada objeto sufrirá un cambio de temperatura sin cambio de fase (término utilizado para describir un estado específico de la materia), un cambio de fase a temperatura constante, o ambas, se deben consultar los valores de calor específico; posteriormente despejar las incógnitas.

Vibraciones y Ondas – Profesor: Alexander Caneva

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Figura 1 – Foto del montaje El montaje consta de las siguientes partes 1. Fuente de voltaje 2. Amperímetro 3. Termómetro 4. Calorímetro 5. Resistencia 6. Probeta El primer montaje consiste en poner en un calorímetro cierta cantidad de agua conociendo la masa y su temperatura inicial para luego por medio de una resistencia sumergida en el agua y conectada a una fuente de voltaje transferir calor a la sustancia mediante la potencia disipada por la resistencia. De este montaje medimos los datos iniciales que son: masa y temperatura inicial. Luego de cierto tiempo desconectamos la resistencia y medimos la temperatura final y el tiempo que estuvo conectado El segundo montaje consiste básicamente en lo mismo a diferencia que esta vez usamos glicerina. El segundo montaje se realiza en el mismo calorímetro y usando la misma fuente para garantizar que la resistencia y voltaje es el mismo. Nuevamente conectamos y sumergimos la resistencia en la glicerina dejando que transcurra el mismo tiempo que en el primer montaje Luego procedemos nuevamente a tomar los datos iniciales y finales del experimento Desarrollo y análisis: Para el desarrollo y análisis del montaje el primer procedimiento a realizar fue las medidas físicas de

los objetos, para esto fue utilizada una báscula para la medida de las masas de los líquidos y el recipiente (en este caso agua y glicerina), además de eso se midieron las temperaturas inicial y final en un tiempo específico por medio de uso de termómetro y cronómetro, estando el termómetro inmerso dentro del calorímetro, además de eso se realizaron donde se obtuvieron las siguientes medidas: Elemento

Unidad

Medida

Agua

kg

0.3152±0,0001

Glicerina

kg

0.2096±0,0001

Recipient e

kg

0.075±0,0001

𝑇0𝑎

°C

20±1

𝑇0𝑔

°C

20±1

𝑇𝑓𝑎

°C

21,3±1

𝑇𝑓𝑔

°C

23.2±1

t

s

100±0.01

Devino a que el tiempo que se calienta la glicerina es el mismo para el agua, lo podemos expresar como t 𝑚𝑎 𝑐(𝑇𝑓𝑎 − 𝑇0𝑎 )𝑡 = 𝑚𝑔 𝑐𝑔 (𝑇𝑓𝑎𝑔 − 𝑇0𝑔 )𝑡 Donde 𝑚𝑎 es la masa del agua , 𝑚𝑔 es la masa de la glicerina , 𝐶𝑎 es el calor especifico del agua , 𝐶𝑔 calor especifico de la glicerina , 𝑇𝑓𝑎 temperatura final del agua , 𝑇𝑓𝑔 temperatura final de la glicerina , 𝑇0𝑎 temperatura inicial del agua , 𝑇0𝑔 temperatura inicial de la glicerina , devino a que el tiempo que se calienta la glicerina es el mismo para el agua, lo podemos expresar como t Por lo tanto, al ser iguales se cancelan quedando la siguiente expresión 𝑚𝑎 𝑐𝑎 (𝑇𝑓𝑎 − 𝑇0𝑎 ) = 𝑚𝑔 𝑐𝑔 (𝑇𝑓𝑎𝑔 − 𝑇0𝑔 ) Al despejar el calor especifico de la glicerina obtenemos:

𝑐𝑔 = Tabla 1. Datos medidos Respecto a los calores específicos buscaremos encontrar el calor especifico de la glicerina y tomaremos el valor común del calor especifico del agua, el cual equivale a 4186J/N*kg. Para realizar el respectivo despeje llegamos a la siguiente ecuación partiendo de que el calor suministrado a las dos sustancias (agua y glicerina) es el mismo (esto lo garantizamos dejando constantes el voltaje y el tiempo que lo aplicamos) Sabiendo que la fuente genera una potencia 𝑃 = 𝑉𝐼 Podemos expresar la potencia como 𝜖 𝑡

= 𝑉𝐼

Esta energía podemos reescribirla como 𝜖 = 𝑄 = 𝑐𝑚∆𝑇

𝑐𝑚∆𝑇 𝑡

= 𝑉𝐼

Aplicando el mismo análisis para la glicerina y el agua y debido a que dejamos el voltaje y el tiempo constantes para cada montaje, podemos igualar estas expresiones para el agua y la glicerina

Vibraciones y Ondas – Profesor: Alexander Caneva

𝑚𝑎 𝐶𝑎 (𝑇𝑓𝑎 − 𝑇0𝑎 ) 𝑚𝑔 (𝑇𝑓𝑎𝑔 − 𝑇0𝑔 )

Donde al remplazar los valores de la tabla 1 obtenemos que 𝐶𝑔 (calor especifico de la glicerina) es igual a 2338 J/N*kg Calculo de error Aplicando el teorema del error relativo ∆𝑐=

∆𝑚𝑎 𝑚𝑎

+

∆𝑚𝑔 𝑚𝑔

+

∆𝑇0𝑎 𝑇0𝑎

+

∆𝑇𝑓𝑎 𝑇𝑓𝑎

+

∆𝑇0𝑔 𝑇0𝑔

+

∆𝑇𝑓𝑔 𝑇𝑓𝑔

= 0.1916

Por lo tanto, el calor especifico de la glicerina es 𝐽 𝑐𝑔 = 2338 ± 0,1916 𝑁 ∗ 𝑘𝑔 CONCLUSIÓN La cantidad de calor transferida o absorbida por el sistema depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. Siendo la capacidad calorífica de la glicerina alrededor de 2420 J/Kg * °C, resultado de un sin número de experimentos que dan un resultado cercano y la obtenida de 2338, se puede concluir que el valor da cercano al establecido, con error presentado en manejo del equipo de la práctica y la interacción de diferentes factores como los materiales utilizados. El error absoluto da tan pequeño con respecto al dato debido a que en la formula esta multiplicado por 𝑐𝑎 que se toma como un valor constante Referencias: YOUNG, HUGH D. y ROGER A. FREEDMAN. (2009). Temperatura y calor. En SearsZemansky (570). México: Pearson Ed.