CALOR ESPECÍFICO
OBJETIVOS: Mediante un proceso de transferencia de calor, determinar el denominado “calor específico”, el cual permite caracterizar térmicamente a los diferentes materiales, en particular a los sólidos.
MARCO TEORICO: ¿A qué se denomina “calor” y cuándo tiene sentido aplicar éste término? ¿ Qué relación tiene éste con la temperatura? El calor es la transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia de temperatura, se denomina flujo flujo de calor o transferencia de calor. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. La relación entre temperatura y calor consiste en que el calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor la temperatura disminuye. La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor si es energía.
¿Qué diferencias hay entre calor y temperatura? El calor es la energía total del movimiento movimiento molecular en un cuerpo, mientras que que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número, ni del tipo. El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya.
¿A qué se denomina caloría? La Caloría es la unidad de energía térmica que equivale a la cantidad de calor requerido para posicionar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado de 14,5 a 15,5 grados a la presión normal. El símbolo que se utiliza para denominarla es Cal
¿A qué se denomina equivalente mecánico del calor? El Equivalente Mecánico del Calor no es otra cosa que la cantidad de energía cinética o potencial es decir la relación de Calorías y Joules (Julios).Por lo tanto, 4.187 J de energía mecánica aumentan la temperatura de 1g de agua en 1º C. Se define la caloría como 4.187 J sin referencia a la sustancia que se está calentando. 1 c al=4.187 J
¿Qué distingue térmicamente a las diferentes sustancias? Una de las diferencias térmicas de las diferentes sustancias, son sus puntos de ebullición y puntos de congelación. ¿Qué mide el denominado “calor específico?. ¿Cómo se relaciona?
El calor específico de una sustancia es la capacidad térmica por unidad de masa. Por lo tanto, su a una muestra de una sustancia con masa se le transfiere energía y la temperatura de la muestra cambia en , el calor especifico de la sustancia es El calor específico es en esencia una medida de que tan insensible térmicamente es una sustancia a la adicción de energía. Mientras mayor sea el calor especifico de un material, mas energía se debe agregar a una masa determinada del material para causas un cambio particular de temperatura.
¿Qué es un calorímetro? Es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro.
¿Cómo se expresa, en termodinámica el teorema de la conservación de la energía? Una consecuencia de la ley de conservación de la energía es la llamada primera ley de la termodinámica, la cual establece que, al suministrar una determinada cantidad de calor (Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la diferencia del incremento de la energía interna del sistema ( ΔU) menos el trabajo (W ) efectuado por el sistema sobre sus alrededores:
Aunque la energía no se pierde, se degrada de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. En un proceso irreversible, la entropía de un sistema aislado aumenta y no es posible devolverlo al estado termodinámico físico anterior. Así un sistema físico aislado puede cambiar su estado a otro con la misma energía pero con dicha energía en una forma menos aprovechable.
¿Cómo se aplica el teorema de conservación de la energía para determinar el calor específico de las diferentes sustancias? Una técnica para medir calor específico comprende en calentar una muestra a una temperatura conocida Tx poniéndola en un vaso que contenga agua de masa conocida y temperatura Tw < Tx y midiendo la temperatura del agua después de alcanzar el equilibrio. Esta técnica se denomina calorimetría, y los dispositivos en los que se presenta esta transferencia de energía se llaman calorímetros. Si el sistema de la muestra y el agua está aislado, la ley de conservación de la energía exige que la cantidad de energía que sale de la muestra (de calor específico desconocido) sea igual a la cantidad de energía que entre al agua. La conservación de la energía nos permite escribir la representación matemática de este enunciado de energía como
El signo negativo de la ecuación es necesario para mantener consistencia con nuestra convención de signos para calor.
¿Qué montajes experimentales serían apropiados para medir el calor específico de algunas sustancias sólidas? En un recipiente (olla) con agua más o menos hasta la mitad, teniendo dentro del recipiente unos objetos de metal, algunos cilíndricos y otros en bloques, atados con una cuerda. El recipiente se encontrará hirviendo el agua a una temperatura aproximada de 93 .5 °C. Sacamos del calorímetro el vaso de aluminio y lo pesamos. Después, agregamos agua suficiente como para cubrir el bloque de metal en el recipiente de aluminio y pesamos el conjunto vasoagua. Colocamos el vaso dentro del calorímetro. Medimos entonces la temperatura del agua en el calorímetro, es decir, la del co njunto vaso-agua. Levantamos el sólido de la cuerda, que está en el recipiente con agua hirviendo, y lo sostuvimos por unos instantes, justo encima de la superficie de agua hirviendo, para que el vapor lo seque. Introducimos el sólido rápidamente dentro del calorímetro. Tapamos el calorímetro e introducimos el termómetro para medir el cambio de temperatura, desde la inicial hasta un punto de equilibrio térmico. Observamos cual fue la temperatura máxima registrada por el termómetro.
BIBLIOGRAFIA:
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