lunes, 2 de julio de 2012

Capacidad calorífica de un Calorímetro y Calor específico de un metal

Introducción

 La Capacidad Calorífica es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1K la temperatura de una sustancia.
    La Capacidad Calorífica (C) de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como un efecto de Inercia Térmica.

    Está dada por la ecuación:

C = Q/T
[J/K]


  Donde:
•     C es la capacidad calorífica
•     Q es el calor
•     T la variación de temperatura.


Se mide en joules por kelvin (unidades del SI).

    La capacidad calorífica (C) va variando según la sustancia.Su relación con el calor específico es:


C = Ce · m


 De aquí es fácil inferir que aumentando la masa de una sustancia, aumentamos su capacidad calorífica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura. Un ejemplo de esto se puede apreciar en las ciudades costeras donde el mar actúa como un gran termostato regulando las variaciones de temperatura.
    El calor específico o capacidad calorífica específica, c, de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para aumentar su temperatura en una unidad por unidad de masa, sin cambio de estado:

Ce = Qmetal / (mmetal)( ΔTmetal)



    En donde C es el calor específico, Q es la cantidad de calor, m la masa y ΔT la diferencia entre las temperaturas inicial y final.
   Su unidad en el sistema SI es el julio por kilogramo y kelvin, cuya notación es J/(kg•K). También se usa bastante las unidad del sistema técnico, la kilocaloría por kilogramo y grado Celsius y su notación es: kcal/kgºC.
  La Termoquímica se refiere a los cambios de energía que se manifiestan en forma de calor de reacción o cambio de entalpía (ΔH), ésta última definida como contenido de calor de una sustancia. Las mediciones de calor a presión constante (Qp) se realizan llevando a cabo la reacción en un calorímetro en donde el calor de reacción se mide multiplicando el cambio de temperatura de la solución (ΔT) por el peso de la solución (g) y por su calor específico (Ce). El calorímetro ideal debe ser un buen aislante de manera que no haya pérdidas de calor hacia los alrededores. Al utilizar un vaso de poliestireno o calorímetro tipo "taza de café" es posible asumir que el calor que absorbe el calorímetro es despreciable. Sin embargo cuando las mediciones se llevan a cabo en un calorímetro de bomba, es decir a volumen constante (Qv), existe un intercambio de calor con el calorímetro que debe ser tomado en cuenta ya que es de metal .En el caso de la bomba del calorímetro, se hace difícil medir el peso y aún más difícil medir su calor específico ya que esto involucraría medir el calor específico de todas las partes de la aleación que la compone, por lo que el término m x Ce se convierte en C o capacidad calorífica del calorímetro.
      El calor específico de una sustancia se define como la cantidad de calor que se necesita para subir la temperatura de 1 g de sustancia en 1°C. El calor específico de un metal se mide colocando un trozo de metal caliente de peso y temperatura conocidos, en agua también de peso y temperatura conocidos que se encuentre en un calorímetro tipo "taza de café ". El calor que cede el metal al agua debe ser igual en magnitud pero de signo contrario al calo absorbido por esta.



Desarrollo 

Objetivos

·         Medir la cantidad de calor que absorbe un calorímetro de espuma de poliestireno, para determinar su capacidad calorífica (C).
·         Una vez conocido este dato, determinar el calor específico de un metal.

Materiales



·         Vaso de espuma de poliestireno
·         Termómetro
·         Plato caliente
·         Probeta de 50 cm3
·         Vaso químico de 250 cm3
·         Balanza
·      Metal

Procedimiento


a. Calor específico de un metal 



1.      Agregamos 50 mililitros de agua a un calorímetro que en este caso será tipo “Taza de Café” en donde vamos asumiendo que la densidad del agua (1g/mL) y debemos registrar su temperatura inicial.
2.      Anotamos el peso en gramos del metal que se nos asigno y lo introducimos en un tubo de ensayo limpio y seco (m Metal).
3.      Este metal ya lo estaban calentando puesto que no tuvimos que calentarlo, solo nos toco introducir el metal en nuestro calorímetro, lo tapamos y agitamos suavemente hasta alcanzar su máxima temperatura.
4.      Recordamos que Ti de metal = 100°C (temperatura de ebullición del agua)

DATOS:


Masa metal: 57.1g
Agua: 50g
ΔT Metal: -67 °C
Ti Metal: 100°C
Ti Agua: 24°C
T Mezcla: 33°C



  • ΔTmetal  = 33°C – 100 °C

          ΔTmetal  = - 67 °C


    • T final Mezcla: 33°C

  • ΔTagua  = 33° - 24°C
  • ΔTagua  = 9°C



Luego con esto datos calculamos Q.Emetal indirectamente atravez del calor que absorbe el agua, asumiendo que (QCalorimetro = 0) en la cual utilizamos los datos anteriores y la siguiente formula despejando desde QMetal = - (CeMetal *Mmetal * ΔMetal); para luego tener nuestra formula CEmetal:

C.EMetal = -( C.Eagua * mAgua * ΔTAgua / mMetal * ΔTMetal)

C.EMetal= - (4.184 J/ g °C * 50 g *¨9°C / 57.1 g * -67°C )

C.EMetal= 0.49 J

Conclusión

Calorimetro:  instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.


Ana Lucia: En este experimento de laboratorio podemos concluir cuales son las funciones de un calorímetro y los cambios que sufre la materia al exponerse a diferentes temperaturas. 
También aprendimos a hacer un calorímetro para así medir la temperatura diferente a la de la temperatura ambiente.  Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos

Brianda: Concluimos con la importancia de conocer la diferencia entre calor y temperatura ya que son dos términos que generalmente las personas tienen a confundir ya que calor es es el proceso de transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas y la temperatura por otro lado es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, especificamente, con un termómetro





Hecho por: Ana Lucia Troetsch 4-772-127 y Brianda Mosca 8-872-576




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