Pràctica 9: Determinació de la capacitat calorífica específica • Objectius • Determinar la capacitat calorífic a específica d'un sòlid a partir de l'intercanvi de calor entre el sòlid i un líquid de capacitat calorífica específica coneguda. • Fonaments • Com a fonaments agafarem les equacions de l'equilibri tèrmic i de la variació de temperatura, cercarem informació sobre què és un calorímetre i la seva funcio i utilitat. • Equilibri tèrmic: és l'estat termic de cossos que en estat de contacte i de transició d'energia calorífica arriben a una temperatura, a la qual els dos o més cossos deixen de cedir calor l'altre i d'absorvir calor de l'altre, és a dir, la seva temperatura és la mateixa i per tant no cedeixen i absorveixen més calor per part de l'altre cos. • Calorímetre: és una eina emprada en el laboratori per a que, dintre d'ell es produeixin intercanvis de temperatura amb la finalitat d'aillar la termperatura de dintre amb la temperatura de fora. La capa superficial és de plàstic i l'interior de metall encara que està separat per mitjà d'una capa d'aire amb la superfície exterior i tanca perfectament per a evitar qualsevol tipus de fuga calorífica no desitjada. • Fórmula de l'equilibri tèrmic: la fórmula de l'equilibri tèrmic és Q1+Q2=0, i es basa en el fet de que quan posem en proximitat a dos cossos de diferents temperatures, un perd calor i l'altre l'absorveix. La quantitat de calor absorvida per un és igual a la perduda per l'altre(Q1=− Q2) si a la quantitat de calor absorvida per un cos(temperatura positiva) li sumem la perduda per l'altre(temperatura negativa) el resultat ha de ser 0. • Material • Calorímetre, proveta, cilindre metàl·lic, termòmetre, agitador, suport, reixeta, cèrcol, nou i un fil. • Muntatge: • Procediments • Part 1ª (Equilibri tèrmic entre masses i materials diferents) • Mesurem 100ml d'aigua i els fiquem a dins del calorímetre mesurant la seva temperatura inicial (20ºC). D'altra banda fem el muntatge del suport i comencem a escalfar aproximadament 150 ml d'aigua amb la peça metàl·lica a dins amb l'objectiu d'escalfar−la fins als 100ºC la seva temperatura inicial. Un cop l'aigua del vas de precipitats està bullint i no augmenta més la seva temperatura, tenim la peça a 100ºC, obrim el calorímetre i fiquem la peça. Podem observar com la temperatura de l'aigua (20ºC) amb contacte amb la peça comença a augmentar fins a la que serà la temperatura final dels dos cossos i de l'equilibri tèrmic (25ºC). Un cop finalitzat el intercanvi treiem la peça i mesurtem la seva massa amb la balança (32,85 g). • La finalitat del que estàvem fent era la de trobar el calor específica de la peça, doncs elaborem una taula de valors i fem els càlculs adients: Aigua Massa Ti Tf

100g 0,1 kg 20ºC 25ºC

Peça metàl·lica 32,85g 0,033 kg 100ºC 25ºC 1

Ce

4180 J/kgºC

¿?

• Part 2ª (Equilibri tèrmic entre masses i materials iguals) • Farem el mateix experiment amb les mateixes masses d'aigua (100g) però amb temperatures diferents. Teòricament si tenim dos masses igual del mateix material o substància la temperatura d'equilibri hauria de ser la mitjana de les dues (la quantitat de calor absorvida per una part serà la cedida per l'altra). La temperatura final mesurada pel termòmetre va ser de 54ºC i la mitjana de 61 ºC. Aigua(1) Massa Ti Tf Ce

100g 0,1 kg 20ºC ¿? 4180 J/kgºC

Aigua(2) 0,1kg 100ºC ¿? 4180 J/kgºC

• Qüestions • Dels dos cossos, la peça, que es trobava a una temperatura superior, ha cedit calor o energia calorífica i l'aigua, que es trobava a una temperatura inferior, ha absorvit la cedida per la peça. • L'aigua a absorvit una quantitat d'energia de 2090 J (0,1*4180*5) o el seu equivalent en calories 2090J=2090J*(1cal/4,18J)=500 cal. • La peça a cedit una quantitat d'energia de 2090 J (0,033*844*(−75)) o el seu equivalent en calories 2090J=2090J*(1cal/4,18J)=500 cal. • La calor específica de la peça és, com abans s'ha fet, de 844 J/kgºC. • El material és alumini que té una capacitat calorífica de 900 J/kgºC i el nostre resultat a sigut de 844 J/kgºC. • A continuació calculem la capacitat calorífica de l'aigua amb la seva equació. • El resultat de la temperatura d'equilibri era la que esperava degut a que entre dos mateixes masses de mateix material la temperatura d'equilibri és la mitjana de les inicials (si no es perd calor amb l'aire). Aire Metall Peça metàl·lica Termòmetre

2