Practica 6

CAPACIDAD TÉRMICA

Objetivos

Que el alumno comprenda los conceptos de capacidad térmica y capacidad térmica específica y las unidades en las cuales pueden ser expresados. Que identifique la influencia de estas propiedades en diferentes fenómenos cotidianos.

CUESTIONARIO PREVIO.

1. Si en una misma fuente de energía se colocan un gramo de agua y un gramo de metal y reciben la misma energía térmica, ¿cuál de las siguientes aseveraciones es correcta?

a) el cambio de temperatura de ambas sustancias es el mismo

b) el gramo de agua eleva más su temperatura

c) el gramo de metal eleva más su temperatura

2. ¿Qué propiedad de los materiales permite responder la pregunta anterior?

La de calor especifico de cada material

3. ¿Por qué el agua es un excelente refrigerante?

Porque el agua el agua absorbe fácilmente el calor de otros materiales que pueden estar calentándose

4. ¿Por qué los mares y los lagos permanecen a temperaturas relativamente constantes?

Primero porque el agua tiene una alta capacidad calorífica, es decir, puede absorber el calor de la radiación solar o el de la propia superficie terrestre, aumentando poco su temperatura (un cuerpo de baja capacidad calorífica aumentará rápidamente su temperatura con poca energía que se le transfiera).

5. ¿Por qué durante el día la arena de una playa quema los pies y el agua de mar no?

Por las noches, ¿cómo es la temperatura del agua con respecto a la de la arena? ¿Por qué?

El agua del mar tiene un calor específico de cerca de 1 kcal/kg. La arena de la playa tiene un calor específico de unos 0,19 kcal/kg. Esto significa que, al ser expuestos a la misma radiación del sol, la luz del día, la arena incrementa 5 veces más su temperatura por cada grado que el mismo peso de agua. Además, al ser la arena opaca, la luz del sol sólo es absorbida en la parte de la arena expuesta al sol. En el caso del agua del mar, al ser semitransparente, la radiación solar se va absorbiendo según va penetrando en el agua, a diferentes profundidades, y por tanto se reparte más el calor. Durante la noche la arena llega a enfriarme aun mas que la temperatura ambiente por su calor especifico es decir que pierde calor rápidamente, mientras que el agua mantiene casi constante su temperatura a lo largo de todo el día.

-PROBLEMA

A través de una interacción energética entre dos sistemas obtener la capacidad térmica y la

capacidad térmica específica de un metal.

-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (PRIMERA ETAPA)

1. Amarrar 4 o 3 cilindros de metal con un trozo de hilo de nylon. Dejar 15 cm libres para poderlos sostener.

2. Colocar 150 mL de agua a temperatura ambiente en el vaso de poliestireno. Tapar el recipiente e insertar el termómetro digital en la tapa.

3. Introducir los cilindros en 200 mL de agua a 40 °C y dejarlos ahí por lo menos tres minutos. Mantener el termómetro en el agua durante ese tiempo. Transcurridos los tres minutos, el agua y el metal deben estar en equilibrio térmico. Registrar la temperatura (este valor corresponderá a la temperatura inicial del metal).

4. Transferir los cilindros al vaso de poliestireno que contiene el agua a temperatura ambiente. Usar el hilo que quedó libre en el atado de los cilindros para realizar esta operación. Para minimizar la interacción con el aire, transferir los cilindros al agua rápidamente y tapar el vaso. Agitar durante tres minutos. Registrar la temperatura final del metal y del agua.

5. Repetir el experimento introduciendo los mismos cilindros de metal en agua a 60 °C, 80 °C y temperatura de ebullición. (En el último caso, el agua en el vaso deberá hervir vigorosamente al calentarla con el mechero.)

-RESULTADOS.

Agua Agua Metal Metal

Evento T inicial T final T inicial T final

1 22 22.6 35.5 22.6

2 23.09 24.2 53.4 24.2

3 22.3 23.8 74 23.8

4 22.9 24.6 88 24.6

*Temperaturas (°C)

Hoja de Cálculo

Agua Metal

Evento ΔTH2O Q ganado ΔT metal Q cedido C

1 0.6 90 -12.9 -90 6.97

2 1.11 166.5 -29.2 -166.5 5.70

3 1.5 225 -50.2 -225 4.48

4 1.7 255 -63.4 -255 4.02

*Cálculos.

RESOLUCIÓN AL PROBLEMA PROPUESTO (PRIMERA ETAPA) (ANEXAR HOJA DE CÁLCULOS)

1. ¿Cómo se calcula el calor ganado por el agua?

Como sabemos el calor es Q=mc(Tf-Ti) y conocemos la masa de agua que es igual a los ml que agregamos y su calor especifico es de 1 y con el termómetro pudimos medir la temperatura inicial y final así que ya tenemos todos los datos

2. ¿Cómo se calcula el calor cedido por los cilindros metálicos?

Es el mismo que absorbió el agua solo que con signo negativo debido a que Qabs+Qced=0

3. Trazar un gráfico del calor cedido por el metal contra el cambio de temperatura del mismo.

Indicar en qué cuadrante del eje cartesiano debe ubicarse este gráfico. ¿Qué tipo de comportamiento se observa? ¿Qué información proporciona este gráfico?

-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (SEGUNDA ETAPA)

1. Colocar 150 g de agua a temperatura ambiente en un recipiente de poliestireno y registrar su temperatura. Amarrar un hilo a uno

...