1. Omar Romero León
CALOR ESPECÍFICO
Juan Flórez, Omar Romero, Ramiro De La Cruz, Said Maldonado
24 de abril de 2013
Programa de Ingeniería Industrial, Universidad del Atlántico.
.
Resumen
En esta práctica se llevó a cabo el experimento de física calor y ondas “Calor específico”,
el cual residió en una montaje, (previamente armado), que constó de un mechero bunsen,
un calentador, un calorímetro, termómetro y los respectivos cuerpos a calentar, todo esto
se hizo con los respectivos procedimientos adecuados propuestos por el instructor para
luego analizar y tabular los datos obtenidos. Al término de esto por cálculos matemáticos
se pudo determinar la temperatura de equilibrio y las variables requeridas
Introducción.
La capacidad calorífica de un cuerpo es la razón de la cantidad de calor que se le cede a
dicho cuerpo en una transformación cualquiera con la correspondiente variación de
temperatura. La capacidad calorífica depende de la masa del cuerpo, de su composición
química, de su estado termodinámico y del tipo de transformación durante la cual se le
cede el calor.
Llamamos capacidad calorífica de un sólido al calor necesario para elevar en un grado la
temperatura de una determinada cantidad de material (se mide en Joule/°C o J/K):

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Donde es la transferencia de energía en forma calorífica entre el sistema y su entorno
u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor
específico molar) y es el incremento de temperatura que experimenta el sistema.
En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante la fórmula
anterior puede escribirse simplemente como:
Es frecuente utilizar la capacidad calorífica molar (J/°C mol o J/K mol), en la que la
cantidad de materia considerada es un mol, mientras que en la definición de calor
especifico se suprime la dependencia con la masa total involucrada (J/°C kg o J/K kg).
la capacidad calorífica de cada material depende de la existencia en dicho material de
mecanismos de acumulación de energía a través de la excitación de vibraciones de
átomos o de la excitación de electrones a los niveles superiores de energía en la mayor
parte de los (con excepción de los metales a muy baja temperatura) la capacidad
calorífica está determinada esencialmente por la energía que puede acumular el sólido en
forma de vibraciones de los átomos que lo componen, en torno a sus posiciones de
equilibrio.
En la teoría clásica delos calores específicos, la energía media a una temperatura dada
se acumula teniendo en cuenta todas las energías posibles y calculando el valor promedio
mediante la estadística de Boltzmann. Al hacer el cálculo de la energía media se llega a la
conclusión de que, a cada grado de libertad de las partículas del sistema le corresponde
una energía media kBT/2 (este es el llamado principio de equiparticion de la energía). Así,
en los gases monoatómicos, donde cada partícula tiene tres grados de libertad, la energía
por partícula sería 3kBT/2. La energía interna por mol sería:
Donde NA es el número de Avogadro, y, en consecuencia, la capacidad calorífica molar
sería

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En un sólido si se considera las vibraciones independientes de los átomos, todos con la
misma frecuencia y considerando tres grados de libertad, se obtiene una energía molar
promedio de valor De la que se deduce un calor específico molar de
Descripción de la experiencia
En esta experiencia de laboratorio se determinó el calor específico de un sólido, donde se
procedió de la siguiente manera:
Primero que todo se pesó un cubo de hierro en la balanza mecánica para saber su masa.
En la experiencia, el profesor colocó a hervir agua en un calentador hasta de su
capacidad. Cuando el agua estaba hirviendo (100 ºC) se introdujo en ella el cubo de hierro
Sujeto a una cuerda durante un tiempo mínimo de 4 minutos para que ocurriera un
equilibrio térmico y el cuerpo pudiese estar a la misma temperatura del agua, esta
temperatura se tomó como temperatura de equilibrio Te. Mientras estaba ocurriendo el
equilibrio térmico en el calentador, en un calorímetro se vertió una cantidad de agua que
cubriera la totalidad del cuerpo, esta medida de agua m0 es la masa de agua. Con el
termómetro que posee el calorímetro se midió la temperatura T0 de la masa de agua. Ya
transcurridos los 4 minutos se pasó el cuerpo del calentador al calorímetro donde se tapó
y suavemente se removió el agua muy pendiente de la temperatura que marcaba el
termómetro. Cuando la columna de mercurio del termómetro se estabilizó, se anotó esa
temperatura Tf que es la temperatura de equilibrio que presentó el proceso. De este
proceso se realizaron 3 muestras con el mismo cuerpo, posteriormente se hizo un cambio
de cuerpo por un cuerpo de bronce y se realizaron nuevamente todos los procesos
mencionados anteriormente. Todos los datos obtenidos fueron tabulados en la tabla 1
para el primer cuerpo y tabla 2 para el segundo cuerpo.
Análisis y Resultados.
Para el primer cuerpo:
Material: Hierro
Masa del cuerpo, m: 62,61 g

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Ensayo 1 2 3
Masa de agua mo
en el calorímetro
80 gr 80 gr 80 gr
Temperatura To del
agua en el
calorímetro
27°C 27°C 27°C
Temperatura Tc del
cuerpo caliente
100°C 100°C 100°C
Temperatura Tf de
equilibrio o final
32°C 32°C 32°C
Para el segundo cuerpo:
Material: Bronce
Masa del cuerpo, m= 66,32 g
Ensayo 1 2 3
Masa de agua mo
en el calorímetro
80 gr 80 gr 80 gr
Temperatura To del
agua en el
calorímetro
27°C 26,5°C 26,5°C
Temperatura Tc del
cuerpo caliente
100°C 100°C 100°C
Temperatura Tf de
equilibrio o final
30°C 30,8°C 31°C
Calor especifico
El calor Q1 ganado por el calorímetro es:
El calor Q2 cedido por el calorímetro es:

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Pero sabemos que:
Entonces igualando las ecuaciones y despejando , se obtiene:
Hierro
Se tiene que el valor teórico del calor específico del Hierro es 0,113 cal/g°C, entonces el
porcentaje de error es:
Bronce
Primer ensayo
Segundo ensayo

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Tercer ensayo
Se promedia:
Se tiene que el valor teórico del calor específico del bronce es 0,086 cal/g°C, entonces el
porcentaje de error es:
Preguntas y Conclusiones
De esta experiencia de calor especifico de un sólido, podemos concluir que el calor
especifico se toma como constante aunque haya una variación – despreciable-; el calor
especifico es una propiedad que tiene cada material, por lo cuales son únicas. La
presencia de errores puede ir relacionada con la toma de medidas, puesto que son
medidas no precisas.
1) Dos cuerpos A y B, con masas iguales (400 gr), son calentados en una estufa. El
gráfico muestra el calor absorbido por cada uno en función de sus temperaturas:

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a) ¿Que representan las pendientes de los gráficos?
Tenemos que , la gráfica representa una línea recta por lo cual es una
función lineal. De lo anterior se deduce que la pendiente de los gráficos es la masa y el
calor especifico.
b) ¿Cuál es el calor específico de cada uno?
De la anterior ecuación, despejamos calor específico
Reemplazamos los datos mostrados en la figura
c) Si dejamos que los cuerpos se enfríen a partir de la misma temperatura inicial
hasta la ambiental, ¿Cuál de los dos desprenderá mayor cantidad de calor?
Teniendo en cuenta la ecuación , notamos que m y ce influyen en Q, si m y ce
aumentan, entonces Q también aumentará. Entonces el cuerpo que tenga mayor masa y
calor específico desprenderá mayor cantidad de calor.
2) ¿La capacidad calorífica especifica de una sustancia es independiente del rango
de temperaturas en que se está tratando?
La capacidad calorífica en diferentes rangos de temperatura no es igual, su variación no
es de tamaño apreciable. Por lo cual se tiene como un valor constante.

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3) Defina Kilocaloría
También conocida comocaloría grande o caloría-kilogramo, es la unidad de energía
térmica que equivale a mil calorías, representa la energía calorífica necesaria para elevar
en un grado Celsius la temperatura de un kilogramo de agua. Esta definición corresponde
a la kilocaloría propiamente dicha y equivale a 4,1868 kJ.
4)Investigue sobre los calores específicos de los gases. Explique cada uno de ellos
Los calores específicos de gases se expresan normalmente como calores específicos
molares. En un gas ideal monoatómico, la energía interna está toda ella en forma de
energía cinética, y la teoría cinética proporciona la expresión de esa energía, respecto de
la temperatura cinética. La expresión de la energía cinética es
En los gases se definen dos calores específicos, uno a volumen constante (CV) y otra a
presión constante (CP). Para un proceso a volumen constante con un gas ideal
monoatómico, la primera ley de la termodinámica da:
Caso Mas General
Una aplicación más detallada de la ley de gas ideal y la primera ley, lo da la fórmula
(*)
La proporción entre calores específicos g = CP/CV, es un factor en los procesos de los
motores adiabáticos, y en la determinación de la velocidad del sonido en un gas. Esta
proporción es g = 1,66 para un gas monoatómico ideal, y g = 1,4 para el aire, que es
predominantemente un gas diatómico.
(*) El calor específico molar a presión constante se define por:

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La primera ley de la termodinámica para un proceso a presión constante, se puede poner
en la forma
De la ley de gas ideal (PV=nRT) bajo condiciones de presión constante se puede ver que
Puesto que el calor específico a volumen constante es
Se sigue que
Para un gas monoatómico ideal
CALORES ESPECÍFICOS DE LOS GASES
Constantes de calor específicos molar

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- 3 grados de
libertad para
moléculas
monoatómicas:
- 5 grados de
libertad para
moléculas
diatómicas:
- 6 grados de
libertad para
moléculas
triatómicas:
Asumiendo que la temperatura se encuentra cerca de las condiciones estándar es
decir a (25ºC)
5) ¿Cómo es el calor especifico del agua en comparación con el calor especifico de
otros materiales comunes?
El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para cambiar la
temperatura de un gramo de la sustancia 1 grado Celsius. El calor específico del agua en
comparación con otros materiales comunes es mayor, por lo que se dice que las demás
sustancias o materiales absorben calor con más rapidez que el agua.

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Referencias.
[1]-CAPACIDAD CALORIFICA Y TEMEPRATURA DE DEBYE, Referencia bibliográfica
para, Calor específico, 23/05/2013 en:
http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_especial/debye_lor_2k1.pdf
-PRÁCTICA 06, CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN SÓLIDO, Referencia bibliográfica
para, Calor específico, 23/05/2013 en: http://www.uv.es/~cantarer/esol/p6.pdf
-CALOR ESPECÍFICO, Referencia bibliográfica para, Tabla de calores específicos,
23/05/2013 en: http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico
[2]CALOR ESPECÍFICO DE GASES, Referencia bibliográfica para, Calor específico de
los gases, 23/05/2013 en:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/kinetic/shegas.html#c3
[3]CALOR ESPECÍFICO MOLARES PARA LOS GASES DIATÓMICOS Y
TRIATOMICOS, Referencia bibliográfica para, Calor específico de los gases, 23/05/2013
en:
http://cienciasdejoseleg.blogspot.com/2012/05/calores-especificos-molares-para-los.html