¿Qué es el calor específico?
El calor específico , o más completamente, la capacidad calorífica específica , es una medida de cuánta energía se necesita para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de una sustancia en 1 grado Celsius (o Kelvin). Por ejemplo, 4,187 es la capacidad calorífica específica del agua líquida, y esto significa que se necesitan 4,187 julios de energía para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de agua en 1 grado. El hielo sólido, a pesar de estar hecho del mismo material, tiene una capacidad calorífica específica menor de solo 2.090 julios por kilogramo por Kelvin. Entonces, el estado de una sustancia también es importante.
Hoy, vamos a investigar la capacidad calorífica específica realizando un experimento para calcular la capacidad calorífica específica de un metal.
Pasos del laboratorio de física
Para este laboratorio de física, necesitará:
- Una cacerola o algo que puedas poner en la estufa.
- Una estufa u otro calentador como un mechero Bunsen
- Una varilla de metal (una buena muestra sólida de metal es mejor que una pequeña pieza)
- Un termómetro
- Una taza de espuma de poliestireno u otra taza altamente aislada con tapa (puede cortar una tapa de una pieza separada de espuma)
- Aislamiento adicional para el exterior del vaso (cuanto mejor aislado esté el vaso, mejores serán sus datos)
- Una escala
- Agua
- Pinzas o algo que pueda usar para agarrar con seguridad un objeto muy caliente
Paso 1: Con la báscula, tome algunas medidas de masa. Mide la masa del metal. Mide la masa de tu taza. Después de llenar la taza con agua, mida la nueva masa. Reste esta nueva masa de la masa original de la taza para calcular la masa del agua.
Paso 2: asegúrese de que el aislamiento de la taza esté completamente instalado y listo para funcionar.
Paso 3: Ponga un poco de agua en una cacerola (esta es separada del agua en la taza). Agrega la pieza de metal y caliéntala en la estufa o sobre un mechero Bunsen.
Paso 4: Una vez que el agua esté hirviendo, el metal estará a 100 grados C. Para mayor precisión, verifique la temperatura exacta con el termómetro y anótelo.
Paso 5: Use las pinzas, saque el metal del agua hirviendo y colóquelo en el agua más fría dentro de su taza aislada. Cerrar la tapa.
Paso 6: Después de una breve espera, ponga el termómetro en el agua. La mejor manera de hacer esto es perforarlo a través de un agujero en la tapa, porque de esa manera se escapará menos calor. Mire la temperatura en el termómetro. Después de un tiempo de aumento, eventualmente debería ralentizarse y estabilizarse. Una vez que deje de subir, anote la temperatura final. (Eventualmente comenzará a bajar nuevamente, así que intente capturar el valor más alto que alcanzó).
Si aún no lo ha hecho, ahora es el momento de pausar el video y comenzar. ¡Buena suerte!
Análisis de los datos
Ahora analicemos sus datos. En este experimento, el calor del metal se transfirió al agua más fría. Finalmente, alcanzaron una temperatura de equilibrio, una temperatura igual entre las dos temperaturas iniciales. Esta fue su lectura final de temperatura.
Podemos usar estos datos, junto con una ecuación, para calcular la capacidad calorífica del metal. La ecuación se ve así:
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El calor agregado al agua es igual al calor removido del metal. Y la ecuación para el calor transferido en un cambio de temperatura es mc-delta-T , donde m es la masa de la sustancia, c es la capacidad calorífica de la sustancia y delta-T es el cambio de temperatura. Entonces, la masa del agua, multiplicada por la capacidad calorífica del agua, multiplicada por el cambio de temperatura del agua, es igual a la masa del metal, multiplicada por la capacidad calorífica del metal, multiplicada por el cambio de temperatura del metal. Resulta que conocemos la mayoría de estos valores por nuestro experimento.
La masa del agua que midió y anotó. La masa del metal que también midió y anotó. La capacidad calorífica del agua líquida es 4,187; es solo un valor estándar que puede buscar. El cambio en la temperatura del agua es solo la temperatura final menos la temperatura inicial, las cuales midió. Y puede hacer lo mismo con el metal: comenzó a 100 grados C porque el agua estaba hirviendo. La temperatura final del agua es la misma que la temperatura final del metal, porque alcanzaron el equilibrio. Eso deja solo una incógnita: la capacidad calorífica del metal. Entonces, puedes insertar tus números en la ecuación y resolver para encontrar tu respuesta.
Cualquiera que sea su valor, debería haber sido mucho menor que 4,187. La capacidad calorífica de los metales es mucho menor que la del agua. Esto significa que los metales necesitan mucha menos energía para calentarlos. Son excelentes conductores de calor.
Resumen de la lección
El calor específico , o más completamente, la capacidad de calor específico es una medida de cuánta energía se necesita para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de una sustancia en 1 grado Celsius (o Kelvin). Por ejemplo, 4,187 es la capacidad calorífica específica del agua líquida, y esto significa que se necesitan 4,187 julios de energía para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de agua en 1 grado.
En el laboratorio de hoy, calculamos la capacidad calorífica específica de un metal y descubrimos que era mucho más baja que el valor de 4,187 del agua. Esto demuestra que los metales son mejores conductores de calor que el agua.
Los resultados del aprendizaje
Al completar esta lección, debería poder:
- Definir capacidad calorífica específica
- Identificar la capacidad calorífica específica del agua líquida.
- Describe un experimento que te permita calcular el calor específico de un metal.
- Explica por qué la capacidad calorífica específica de un metal es mucho menor que la del agua.
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