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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA PROFESIONAL DE FARMACIA Y
BIOQUÍMICA
ASIGNATURA : BIOFÍSICA
DOCENTE : RUBIO CACERES JESUS
PRESENTADO POR:
RAMOS HUAYHUA , Cristhian Ronaldo -
QUISPE SIERRA , Amy Ayelen -
CUSCO, PERÚ
2025-I
1. Objetivos:
- Determinar el calor específico de un calorímetro, y el calor específico de diferentes
sólidos, usando el método de las mezclas.
2. Marco teórico
De las diversas formas en la cuales se transfiere energía por calor, si al añadir calor a
una sustancia y solamente resulta en un aumento o disminución de temperatura, el
calor dependerá de la capacidad calorífica C independiente de cada material y del
cambio de temperatura ∆T teniendo la siguiente relación. (F.Sears, Zemansky, 2009)
Q = C∆T
Tomando en cuenta que la expresión anterior es válida únicamente cuando la adición
de calor no produce un cambio de estado en la sustancia. Además, la capacidad
calorífica depende a su vez de la cantidad de masa m y del calor específico c de cada
material. Entonces, la relación anterior se puede escribir mediante la siguiente
expresión. (A.Kikoin, I. Kikoin,1985)
Q = mc∆T
Por otro lado, la adicción de calor dependerá del proceso en el cual se realiza la
transferencia. Entre estos, se encuentran los procesos que realizan a volumen
constante y a presión constante. Entonces, se tendrá un calor específico a volumen
constante Cv y a presión constante Cp.
De este modo, al estudiar el comportamiento del estado sólido a la adicción de calor,
debido a las fuertes interacciones moleculares, las moléculas solamente vibran entre
las posiciones de equilibrio y se cumple la ley de Dulong-Petit la cual menciona que,
a temperaturas altas, cp es aproximadamente igual al cv. Donde: el calor específico
cv en este caso es. (R. A. Serway. J,Jewett 2005)
Por otro lado, el calor específico molar cm de un sólido se determina mediante la
siguiente expresión.
Un calorímetro es un sistema aislado. Es decir, no existe interacción con el ambiente
en el cual están en contacto térmico dos sustancias, una con temperatura Th y la otra
con una temperatura Tc. Donde Th > Tc. Una vez transcurrido un tiempo y debido a
la transferencia de calor el sistema llega el equilibrio térmico.
Por otro lado, si el calor cedido por las sustancias dentro del calorímetro no produce
un cambio de fase en estas, el calor esta dado por la relación. Además, suponiendo
que dos sustancias están dentro de un calorímetro a distintas temperaturas se
conserva la energía, pues el calor perdido por la sustancia a mayor temperatura es
añadido a la sustancia con menor temperatura de acuerdo con la siguiente
expresión. (Baird, D.C. 1991)
Qc = −Qh
Donde: Q es el calor añadido o restado a la sustancia.
Donde, R es la constante universal de los gases con un valor aproximado de 8,31[ J K
hervirlo.
b) Aprovechando que mientras el agua se está hirviendo se pasa a medir la masa de los sólidos
que en este caso usaremos tres solidos uno de aluminio otro de cobre y por último uno de hierro. c)
Seguidamente se pasa a determinar la masa mo que es la masa del calorímetro
más el termómetro.
d) Luego pasamos a agregar 200 cm
3 de agua fría al calorímetro y se pasa a medir la
temperatura ''Taf '' del agua fría la cual también será la temperatura Tcalo del
calorímetro, seguidamente también se mida la masa m 1 = m 0 + maf.
e) Después se pasa a sumergir el sólido de aluminio en el agua hirviente, hasta que
vuelva a hervir el agua y se mida la temperatura del agua caliente que será la
temperatura Tc del sólido caliente, luego se retira y se sumerge en el calorímetro
con agua fría y medir la temperatura TE de equilibrio.
f) Luego se pasa a repetir el paso ''d'' y el paso ''e'' pero ya tambien con los demás
solidos que tenemos.
5. Observaciones experimentales
a) Al trasladar el cuerpo metálico del agua hirviente al calorímetro lo hacemos con
rapidez. ¿Por qué?
Al trasladar rápidamente el cuerpo metálico del agua hirviente al calorímetro
se busca minimizar la pérdida de calor que sufre el metal en el ambiente antes
de entrar en contacto con el agua del calorímetro ya que si se hiciera
lentamente el metal caliente perdería temperatura al ambiente, lo que
afectaría la precisión de la medición de calor transferido y, por tanto, los
resultados del experimento. Además, los metales no retienen calor tan
fácilmente como otros materiales por lo que el enfriamiento puede ser rápido
si no se traslada con rapidez.
b) Indique Ud. en qué parte del experimento se produce transmisión de calor por:
Conducción, Radiación y Convección.
Conducción: Se produce cuando el cuerpo sólido ósea el metal caliente está
en contacto directo con el agua del calorímetro o con el recipiente del
calorímetro. El calor se transfiere por contacto molecular desde el sólido
caliente hacia el agua más fría, sin que haya movimiento de masa del
material, en los casos de los sólidos la conducción es el único mecanismo de
transferencia de calor interno puesto que las moléculas transmiten energía por
choques directos.
Radiación: Ocurre cuando el sólido caliente emite energía en forma de ondas
electromagnéticas hacia el ambiente antes y durante el traslado al calorímetro
y aunque es menos significativo en este experimento siempre hay una
emisión de radiación térmica debido a la temperatura elevada del sólido y
parte del calor se puede perder así en el ambiente.
Convección: Se da en el agua del calorímetro, donde el calor recibido por
conducción del sólido calienta el agua en contacto y esto provoca
movimientos de masa dentro del líquido (corrientes convectivas) que
distribuyen el calor por todo el volumen del agua y facilitando el equilibrio
térmico.
c) Si el objetivo de la práctica fuera el de determinar el calor específico de
sólidos plásticos, acrílicos, vidrio etc, ¿El método de mezclas sería el
adecuado? Explique.
Este método consiste en calentar el sólido a una temperatura luego
introducirlo rápidamente en una masa conocida de agua a temperatura
diferente dentro del calorímetro, y medir la temperatura final de equilibrio.
Aplicando el principio de conservación de la energía, el calor cedido por el
sólido es igual al calor absorbido por el agua y el calorímetro, lo que permite
calcular el calor específico del sólido. Sin embargo, para sólidos como
plásticos o acrílicos, es importante considerar que:
Estos materiales suelen tener menor conductividad térmica que metales por lo
que el equilibrio térmico puede tardar más en alcanzarse.
Pueden ser más sensibles a la temperatura, por lo que se debe evitar que se
transferido.
En la tabla 2 la diferencia en las temperaturas de equilibrio refleja la
capacidad de cada sólido para transferir calor al agua y al calorímetro por ejemplo
el aluminio a pesar de estar a una temperatura inicial más alta este produce un
menor aumento en la temperatura de equilibrio lo que puede deberse a su menor
masa o menor calor específico comparado con el hierro y el cobre en este
experimento y el hierro, con mayor masa, logra un mayor aumento de temperatura
en el sistema, lo que es coherente con su mayor capacidad total de calor
transferido.
8. Análisis de datos experimentales
PARA LA PARTE E1:
-El Calcular la masa del agua caliente y la masa del agua fría:
Para la masa de agua fría
➢ ���������� �������� = 195gr −97gr
➢ ���������� �������� = 98gr
Para la masa de agua caliente
➢ ���������� ���������������� = 291gr − (97gr + 98gr)
-Determine el valor de:
a. Determine el valor del calor cedido por el agua caliente (en cal)
(60 °�� − 40°C)
b. Determine el calor absorbido por el agua fría (en cal)
�������������������� (^) = 98gr. 1������
(40°C − 18°C)
c.
Deduzca la ecuación que permita calcular el calor especifico del calorímetro y
determine su valor en cal/g °c
°��. (40 − 18) + 97.^ ����(����������)(40 − 18)
d. Calor ganado por el calorímetro: cal
- Calcular la capacidad calorífica del calorímetro y exprese su valor
J/K
9020.704��
333.15��−291.15��
99 gr ×. ���� ����(60 −
= 98 gr 1
Plomo
������) 19 gr ×. ���� ����(60 − 20) = 98 gr 1
Cobre
(���� − ������) + ����. ����(����������)(���� − ������) 49 gr
×. ���� ����(60 − 20) = 98 gr 1
°��(40 − 18)^ ����^ ����^ = 0.98 ������
d. Hallar el calor cedido por el cuerpo caliente (en cal)
Hierro
Plomo
������������ = 1826.66^ ������
������������ = 1.82666^ ��������
Cobre
�� ������������
������������ = 1824.76^ ������
������������ = 1.82476^ ��������
g. ¿Se cumple el principio de conservación de energía calorífica?
Se observa que si se cumple el principio de la conservación de la energía calorífica ya que de
acuerdo con la primera ley de la termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, solo se
transforma. Así, el calor Q absorbido o cedido por el sólido está relacionado con su masa m, su
calor específico c y el cambio de temperatura ΔT mediante la fórmula:
Esto implica que la energía calorífica transferida se conserva en el proceso, transformándose
en aumento o disminución de la energía interna del sólido, sin pérdidas ni creación de
energía adicional.
- Determine las capacidades caloríficas de los sólidos y expréselos en J/K
“Pb”
cPb =19⋅(87−17.5)199⋅ 1 ⋅(17.5−16)=19⋅69.5199⋅1.5=1320.5298.5≈0.226cal/
g cPb =0.226×4.18≈0.945J/g
CPb = m ⋅ c =19⋅0.945≈17.96J/K
“Fe”
cFe =99⋅(87−22)199⋅ 1 ⋅(22−18)=99⋅ 65199 ⋅4=6435796≈0.124cal/
g cFe =0.124×4.18≈0.518J/g
CFe =99⋅0.518≈51.28J/K
por el agua y el calorímetro hasta alcanzar el equilibrio térmico lo que no da una
posibilidad de calcular el calor específico del sólido, los resultados obtenidos
evidencian la efectividad del método que se usó para medir los calores
específicos.
10. Recomendaciones
Debemos asegurarnos de que el calorímetro esté bien cerrado y aislado para
minimizar las pérdidas de calor al ambiente, lo cual mejora la precisión de los
resultados.
Transfiere el sólido caliente al calorímetro con rapidez para evitar que pierda
calor al ambiente antes de entrar en contacto con el agua fría.
Manipula con precaución el agua caliente y los sólidos calientes, utilizando
pinzas y guantes si es necesario, para evitar accidentes.
Identifica y minimiza posibles errores, como la evaporación del agua, la
transferencia de calor al ambiente, o la incorrecta lectura de los
instrumentos.
11. Bibliografía
A.Kikoin, I.Kikoin, Física Molecular, Editorial MIR, URSS , 1985 Baird,
D.C. (1991). Experimentación Una introducci’on a la teoría de mediciones y
al diseño de experimentos 2da edición, México. F.Sears,
M.Zemansky,H.Young,R.Freedman, Física Universitaria, Ed. Pearson
Addison, Wesley, 12◦ ed., México , 2009.
R. A. Serway,J.Jewett 2005, sexta edición, Física, Ed PEARSON, México
