Este documento describe un experimento para determinar el calor específico de algunos metales utilizando el método de mezclas. Se midieron las masas y temperaturas iniciales y finales del agua y las muestras metálicas dentro de un calorímetro aislado. Los datos se usaron para calcular los calores específicos experimentales, que se compararon con valores establecidos para determinar los porcentajes de error. Los resultados mostraron que el hierro tuvo el menor error alrededor de 2%, mientras que el aluminio tuvo el mayor error de apro

1. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE COAHUILA
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
“LIC. ADOLFO LOPEZ MATEOS”
TERMODINAMICA
Dra. Mitzué Garza García
Integrantes del equipo:
Leonela Getsemany Delgado Villafán
Frida Patricia García Cantú
Jonatan Jasiel Reyes Tapia
Edwin Darío Valdez
Karla Patricia Romero Amaro
CALOR ESPECÍFICO DE LOS SOLIDOS
Objetivo:
Determinar el calor específico de algunos metales, mediante el método de
mezclas.
Resumen:
La practica consiste en tomar una muestra sólida de metal desconocido e
introducirlo dentro de un receptor a temperatura alta y enseguida someterlo a un
contacto térmico con agua a temperatura ambiente en el interior de un
calorímetro, esperar a que alcance una temperatura de equilibrio; mediante
cálculos obtener el calor especifico del cuerpo metálico.
Definiciones:
En esta sección se harán una serie de aclaraciones y teorías que ayudaran a la
comprensión del experimento.
Cuando dos o más cuerpos que están a distintas temperaturas entran a contacto
térmico se puede observar que, al cabo de cierto tiempo tienen la misma
temperatura (Ley cero de la termodinámica) (Fig. 1).
Fig. 1 Ley cero de la termodinámica. Sistemas A, B y C en equilibrio termodinámico.

2. Uno de los métodos para determinar el calor específico de un cuerpo, es el
método de las mezclas. Para esto, dos cuerpos A y B se pondrán en contacto
térmico en el interior de un calorímetro aislado térmicamente (Fig. 2) al exterior
(adiabático).
Al no existir intercambio de calor (o ser muy pequeño) con el medio exterior, a
través de las paredes del calorímetro, la cantidad de calor que cede el cuerpo
más caliente será absorbida por el cuerpo con menor temperatura.
Volviendo al caso de los dos cuerpos A y B, de masas MA y MB, de calores
específicos CeA y CeB, temperaturas iniciales TiA y TiB, al mezclarse tendrán una
Tf en común.
Fig. 2 Pared Adiabática. Se refiere a que el contenido del sistema no permite ni comparte la
transferencia de calor, es un perfecto aislante térmico.
Tomando en cuenta que la cantidad de calor absorbida o cedida por un cuerpo
viene dado por:
Es importante saber que el calor específico de un material es característico para
cada sustancia y depende de su estructura interna.
Una variación
en la temperatura de una sustancia es proporcional a la
cantidad de calor que se agrega o extrae de esta, o sea:
Escrito en forma de ecuación
Donde la constante de proporcionalidad es llamada capacidad calorífica de la
sustancia, la relación entre el calor suministrado al cuerpo y el incremento de
temperatura que sufre.

3. “Es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1°C la temperatura de cierto
material”
Si el cuerpo es de masa
podemos definir algo característico de la sustancia o
el material del cuerpo, que es llamado el calor especifico, que también es la
cantidad de calor que se debe suministrar a una unidad de masa determinada
para elevar la temperatura 1°C.
Para NO confundir los términos, el Calor especifico se representa con
“minúscula” y la Capacidad calorífica con “mayúscula”.
Otro de los aspectos importantes para la comprensión de este experimento, es:
La primera ley de la termodinámica, también conocida como el principio de la
conservación de la energía.
En palabras llanas: “La energía ni se crea ni se destruye: solo se transforma”
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
El método de mezclas tiene una idea muy sencilla, para determinar el calor
específico de un sólido (que no se disuelva en el agua y no reaccione con ella) se
procedería mezclando una masa conocida de agua,
a una temperatura
conocida
con otra masa conocida del solido
(típicamente un metal) y
también a una temperatura conocida
(normalmente 100°C).
Considerando el experimento en un recipiente adiabático,
, a volumen
constante y sin que se realice trabajo
y
(conservación de la energía
interna).
Materiales empleados:
Para la realización de este experimento son necesarios los siguientes elementos:
Muestras de diferentes metales
Termómetro
Calorímetro
Vaso de precipitado
Pinzas
Agua
Balanza
Parrilla de calentamiento

4. Desarrollo:
Fase inicial
I.
Se pesan cada una de las muestras de metal y se registran los pesos en
la Tabla 1
Tabla 1 Pesos de las muestras. Se obtuvieron del primer paso en las básculas.
Tabla de Pesos
Sustancia Peso
(gr)
Agua
Cobre
Aluminio
Plomo
II.
III.
Se colocan en el calorímetro 50 gramos de agua.
Se mide la temperatura del agua en el calorímetro y se registran en la
Tabla 2
Tabla 2 Temperaturas de las muestras. Temperaturas finales de los sólidos metales.
Sustancia
Agua
(Calorímetro)
Cobre
Aluminio
Plomo
Temperatura (°C)
Inicial Final Incremento (Ti-Tf)

5. Fase experimental
I.
II.
Se coloca en un vaso de precipitado 1/3 de agua y se calienta hasta
ebullición.
Cuando el agua está en ebullición sumergir el metal a estudiar y deje la
muestra 5 minutos para que la muestra adquiera la temperatura de
ebullición del agua.
III.
Medir la temperatura del agua en el vaso de precipitado (Este dato se
registra en la tabla 2 como temperatura inicial del metal).
IV.
Sacar el metal del agua y sumergirlo inmediatamente en el calorímetro
(Registrar este dato en la tabla 2 cuando este estable como temperatura
final del metal).
Repetir los pasos II, III y IV para las diferentes muestras.
Verificar masa y temperatura del agua en el calorímetro antes de la
siguiente prueba.
V.
VI.

6. Resultados y discusiones:
El primer paso del experimento fue pesar las muestras de material solido,
obteniendo los siguientes datos vaciados en la Tabla 3.
Tabla 3 Pesos de las muestras
Tabla de Pesos
Sustancia Peso (gr)
Agua
50.002
Cobre
45.447
Aluminio
3.634
Hierro
90.938
Enseguida, se continúo con la parte experimental, y se obtuvieron de cada
muestra ciertas temperaturas que fueron vaciadas en la Tabla 4.
Tabla 4 Temperaturas de las muestras
Sustancia
Agua
(Calorímetro)
Cobre
Aluminio
Hierro
Temperatura (°C)
Inicial Final Incremento (Ti-Tf)
25
100
100
100
29
27
38
71
73
62
Durante la práctica se observo, (analizando las tablas) que ciertos materiales
retenían más calor que otros, y le proveían de más calor al agua dentro del
calorímetro. En la Fig.
Fig. 3 Parte experimental. Se puede observar que el sólido metal era tomado con
pinzas, por seguridad, y era ingresado a el vaso de precipitado que estaba sobre
la parrilla de calentamiento y estaba dentro hasta alcanzar la temperatura que el
agua le transmitía (alrededor de 5 minutos), la temperatura del agua, era por lo
tanto también la del metal

7. Se puede observar la ley cero de la termodinámica (Fig. cuando al introducir el
metal a 100°C en el calorímetro a temperatura ambiente, al paso de unos minutos
el agua y el metal toman la misma temperatura, es decir que llegan a un
equilibrio térmico.
Fig. 4 Ley cero de la termodinámica. El metal, a una temperatura inicial entra en
contacto térmico con el agua que esta a temperatura ambiente, ambos llegaran
(al cabo de unos minutos) a un equilibrio térmico.
La primera del de la termodinámica es fácil de captarse en la práctica se puede
aplicar con facilidad a cualquier sistema, como por ejemplo los cambios térmicos
de una reacción química llevada a cabo en un calorímetro a presión constante.
La calorimetría se encarga básicamente de la conversión de la energía química
en energía térmica.
La siguiente grafica muestra las diferencias de temperaturas finales a partir de las
distintas muestras que se examinaron.
Se pudo observar que el hierro fue el que más temperatura absorbió, enseguida
es el cobre y por último el aluminio.

8. Al haber obtenido los datos prácticos, se hicieron una serie de cálculos.
Para los cálculos se utilizo la siguiente fórmula (tomando en cuenta los datos de
las tablas 3 y 4):
Esta fórmula proviene del despeje de
Donde se tiene la misma fórmula tanto para el agua como para el metal.
Al ser
Se igualan las formulas
Y se despeja:
Para el caso del Aluminio; se hicieron los siguientes cálculos.
Finalmente el Calor específico del Aluminio (con datos experimentales) fue:
Para el caso del Hierro; se hicieron los siguientes cálculos.

9. Finalmente el Calor específico de Hierro (con datos experimentales) fue:
Para el caso del Cobre; se hicieron los siguientes cálculos.
Finalmente el Calor específico del Cobre (con datos experimentales) fue:
En la Tabla 5 se puede observar el listado de calores específicos por cada
material.
Tabla 5 Calores específicos del experimento de cada metal
Material
Calor especifico
Aluminio
0.3769
Hierro
0.1152
Cobre
0.0619
Estos datos se interpretan de la siguiente manera:
Tomando como ejemplo Aluminio, que se debe suministrar 0.3769 Calorías a una
unidad de masa determinada para elevar la temperatura 1°C
Estos datos se comparan con una tabla ya establecida con los calores específicos
de los materiales.

10. Enseguida se prosigue con el porcentaje de error en la práctica, teniendo:
Sustituyendo los valores de la tabla de resultados del experimento y los valores de
la tabla ya establecida de calores específicos en la fórmula del porcentaje de
error en la práctica. (Tabla 6)
Tabla 6 Valores establecidos del calor especifico de los materiales
Material
Calor especifico
Aluminio
0.217
Hierro
0.113
Cobre
0.093
Utilizando la siguiente formula, se obtiene el porcentaje de error del Hierro:
Este resultado nos dice que se tubo 1.94% de error del Calor
especifico que se obtuvo experimental que el ya establecido.
Utilizando la siguiente formula, se obtiene el porcentaje de error del Aluminio:
Este resultado nos dice que se tubo 73.18% de error del Calor
especifico que se obtuvo experimental que el ya establecido.

11. Utilizando la siguiente formula, se obtiene el porcentaje de error del Cobre:
Este resultado nos dice que se tubo 33.94% de error del Calor
especifico que se obtuvo experimental que el ya establecido.
Tabla 7 Porcentajes de error
Material
Porcentajes de error (%)
Aluminio
73.18
Hierro
1.94
Cobre
33.94
El porcentaje de error se debe a la inexactitud de datos que se dieron durante la
práctica como es el momento de tomar las mediciones que en este caso es,
registrar la masa del sólido y la temperatura del agua, que es la inicial de todo el
sistema, y el problema radica por el mal uso de los instrumentos o, por falta de
precisión al tomar las respectivas mediciones.
Otro motivo es la perdida de calor por parte de los sólidos al sacarlos del agua
caliente y ponerlos en contacto con el ambiente antes de introducirlos en el
calorímetro, como también cuando se registra la temperatura de equilibrio de la
mezcla, que comenzara a descender cuando ya empieza a enfriarse.
Conclusiones:
En la práctica se aplico la Ley de equilibrio térmico a sistemas
termodinámicos también se comprobó el principio de la conservación de
la energía.
Se reconoció el calor como energía, que es transferida de un sistema a
otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por
esta razón al poner los cuerpos en contacto llegan a un equilibrio térmico,
y de esta manera se afianzaron los conceptos de calor, temperatura y
calor específico.

12. Se observo que muchas variables afectan al sistema para que nos den los
valores exactos.
Las paredes adiabáticas, son indispensables para que la transferencia de
calor no mezcle otro sistema que en este caso sería el ambiente, y las
transferencias de calor solo sean entre el metal solido y el agua.
Algunas pérdidas de calor, fueron las atrapadas por las paredes del
calorímetro.
Bibliografía:
Termodinámica Seminarios Calor específico de metales
Método de las mezclas
J. Güemez
Departamento de Física Aplicada.
Universidad de Cantabria.
Octubre 6, 2004