Descripción: Conceptos de calor latente y calor sensible
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CALOR
Capítulo 11 Clase 60
• La cantidad de calor Q necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia es proporcional a la masa m de la sustancia y al cambio de temperatura ΔT. Es decir:
Q = m c ∆T
Calor específico. • El calor específico (en el SI) es el calor necesario para elevar la temperatura de un kg de una sustancia en 1 ºC.
c=
Q m∆T
Unidades del calor específico : J o kg K
J kg °C
• Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia, más energía es preciso transferir o quitar a una masa dada de sustancia para cambiar su temperatura. • Los metales tienen calores específicos mas bajos que el agua, por ello requieren menos calor para producir un aumento de temperatura considerable en ellos.
Calor específico Cuando se añade la misma cantidad de calor a varias sustancias, estas responden de diferente manera. Si se añade la misma cantidad de calor a masas iguales de diferentes sustancias, los cambios de temperatura generalmente no son los mismos.
La cantidad de calor Q necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia es proporcional a la masa m de la sustancia y al cambio de temperatura T . O sea:
Q = mc∆T donde:
T = T f -T i
c=
Q m∆T
es el cambio de temperatura
c = capacidad calorífica específica o calor
específico Unidades en el S.I. del calor c alor específico:
J kg º C
o
J kg K
El calor específico es característico de la sustancia es independiente de su masa Calor específico de diversas sustancias Sólidos y líquidos a 20 ºC y 1 atm at m de presión Calor específico c Sustancias J/kg ºC Kcal/ kg ºC cal/g ºC Sólidos Aluminio 920 0.220 Cobre 390 0.0932 Hielo ( -10 ºC) 2100 0.500 Hierro o acero 460 0.110 Madera (valor 1680 0.401 medio) Plomo 130 0.0311 Suelo 1050 0.251 Vidrio 840 0.201 Líquidos Agua (15 ºC) Alcohol etílico Glicerina Mercurio
4186 2450 2410 139
1.000 0.585 0.576 0.0332
El calor específico es el calor necesario para elevar la temperatura de 1 kg en 1ºC.
Metales Poco calor para cambiar su temperatura
Calor Específico BAJO
cacero
=
460
J kg C º
Agua Mucho calor para cambiar su temperatura
Calor Específico ALTO
cagua
= 4186 J
kg º C
Convención de signos:
+Q entra calor (Calor ganado) -Q sale calor (Calor perdido)
•
1. Una persona inicia inicia una dieta de 1500 Cal día para para perder peso. Exprese esta ingesta calórica en joules.
1Cal = 1 kcal = 4,186 J 1,500 Cal Cal
4,186 J 1Cal Cal
= 6´279,000 J
•
2. Exprese el equivalente equivalente mecánico mecánico del calor en unidades unidades térmicas británicas.
entonces 1 kcal corresponde a 3.968 BTU : 1 Cal = 4186 J = 3.97 BTU
•
3. Una bolita de 5.0 5.0 g de aluminio a 20 °C gana 200 200 J de calor.
•
Calcule su temperatura final.
caluminio
= 0.22 cal g °C
Q = 200 J
1,000 cal
Q = 200 J
1.0 cal
4,186 J 4.186 J
= 47.78 cal
= 47.78 cal
Q = mc∆T = mc ( T − T 0 ) Q = T − T 0 mc Q + T 0 = T mc Q + T 0 T = mc
T = T =
Q mc
+ T 0 47.78 cal
+ 20°C cal ( 5 g ) 0.22 ° g C T = 43.44°C + 20°C T = 63.44°C
•
4. ¿Cuántos joules de calor deben añadirse a 5.0 kg de agua a 20°C para llevada a su punto de ebullición?
Q = mc∆ T
Q = ( 5 kg ) 4,186
J (100 − 20) °C kg °C
Q = 1'674,400 J Q = mc∆T
Q = ( 5 kg ) 1
(100 − 20) °C kg °C kcal
Q = 400 kcal x
4,186 J 1 kcal
= 1'674,400 J
•
5. Una taza de 0.250 kg a 20°C se llena con 0.250 kg de café hirviente. La taza y el café alcanzan el equilibrio térmico a 80°c. Si no se pierde calor al entorno, ¿qué calor específico tiene el material de la taza? [Sugerencia: Considere que el café es prácticamente agua hirviente.]
Q ganado
Q ganado
=
Q perdido
= mtaza ctaza ∆T taza
mtaza ctaza ∆T taza
= − magua cagua ∆T agua ctaza ∆T taza = − cagua ∆T agua
Q ganado
= taza = +Q
Q perdido
= café = −Q
Q perdido
= −magua cagua ∆T agua
− cagua ∆T agua ctaza = ∆T taza ctaza
− 1 cal [ ( 80) − (100 ) ]°C g °C = [ ( 80 ) − ( 20 ) ]°C
= 0.333
cal g °C
Problemas de Calor Específico: 6) Para preparar pasta, llevamos agua de la temperatura ambiente a su punto de ebullición. ebullición. La olla en la que se calienta el agua tiene una masa de 0.900 kg, está hecha de acero y contiene 3.00 L de agua. A) ¿Qué es cierto? a) La olla requiere más calor b) El agua requiere más calor
cacero
= 460
kcal kg °C
cagua
= 4,186
kcal kg °C
c) Ambos requieren la misma cantidad de calor B) Determine la cantidad de calor que requieren tanto la olla como el agua
