Resultados de los problemas Guía 2

1. a y b Realizada en clase.
2.  243 cal
3. 58,24 cal
4. 2045,5 g
5. 2418 cal
6. 632,8 ºC
7. 85,9 ºC
8. 22,7 ºC
9. 134 ºC
10. 161,3ºC
11. 80,64ºC

Calorimetría, Ecuación

·       Calorimetría

La calorimetría es la parte de Física dedicada a estudiar la medida de las cantidades de calor que intervienen en distintos fenómenos, calores absorbidos y cedidos en los procesos físicos y químicos.

Según aumente o disminuya la temperatura de un cuerpo, se dice que éste ha recibido o cedido cierta cantidad de calor. La cantidad de calor recibida por un cuerpo puro es proporcional a la masa del mismo en la cual se produce una cierta variación de temperatura.

·       Ecuación de la calorimetría

La experiencia realizada en el laboratorio, pone de manifiesto que la cantidad de calor recibida (o cedida) por un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de temperatura que experimenta. La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica:

- En esta fórmula  Q es el calor que recibió o que entregó el cuerpo. Si  Q te da  (+) el cuerpo recibió calor (se calentó). Si  Q te da  (-) el cuerpo entregó calor (se enfrió). Atención con esta convención de signos porque es importante. La unidad de Q puede ser cal. o Kcal.

- m es la masa del cuerpo en gramos.

- Tf  y Ti   son las temperaturas  final e inicial que tiene el cuerpo. La unidad es  ºC.

- c es el calor específico de la sustancia. Unidad cal/g ºC

Capacidad Calorífica y Calor Específico

• CAPACIDAD CALORÍFICA (C):

Si a un cuerpo A se le proporciona una cantidad de calor igual a 100cal, su temperatura se elevará por ejemplo 20ºC.

Pero si le suministro esa misma cantidad de calor (100cal) a otro cuerpo B, podemos observar un aumento de temperatura diferente, por ejemplo de 10ºC.

Esto quiere decir que al darle la misma cantidad de calor a cuerpos distintos, en general, éstos presentan diferentes variaciones en sus temperaturas.

            Éste comportamiento de los cuerpos se define como la CAPACIDAD CALORÍFICA, o capacidad térmica.

Si un cuerpo recibe una cantidad de calor ∆Q y su temperatura varía en ∆t, la capacidad calorífica (C) de éste cuerpo esta dada por:

UNIDAD:   cal/ºC

Si realizamos los cálculos para el ejemplo dado:

CA= 100cal/ 20ºC = 5 cal/ ºC, quiere decir que se necesitan 5cal por cada grado que se quiera aumentar su temperatura.

CB= 100cal/ 10ºC = 10cal/ ºC, quiere decir que se necesitan 10cal por cada grado que se quiera aumentar su temperatura.

Cuanto mayor sea la capacidad térmica de un cuerpo, mayor será la cantidad de calor que debemos proporcionarle para producir un determinado aumento en su temperatura, y de la misma manera mayor será la cantidad de calor que cederá cuando su temperatura sufra una determinada reducción.

            Como pudimos ver el cuerpo A y B son del mismo material pero poseen diferente masa. Esto implica que tengan capacidades caloríficas distintas. La capacidad calorífica es una propiedad extensiva ya que depende de la cantidad de sustancia.

• CALOR ESPECÍFICO (Ce):

Continuemos con el cuerpo A y cuerpo B del ejercicio anterior. Ambos eran del mismo material, pero tenían masas diferentes (m_A, m_B) como ya sabemos sus capacidades caloríficas (C) serán distintas. Observemos que ocurre al dividir la capacidad calorífica de cada cuerpo entre su masa total:

CA= 5 cal/ ºC      m_A= 10g                                   CB= 10cal/ ºC   m_B= 20g

CA : m_A= 5 cal/ ºC : 10g = 0.5 cal/ g ºC                                   CB : m_B= 10 cal/ ºC: 20g = 0.5 cal/ g ºC

En conclusión para un mismo material, ése cociente no varía. Esto quiere decir que la cantidad de calor que necesito para elevar la temperatura 1ºC a 1g de sustancia no varía.  A éste cociente se lo llama CALOR ESPECÍFICO (c_e) del material. Es una propiedad intensiva porque se refiere siempre a 1g de sustancia.

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia.

UNIDAD:cal/g ºC

•  Como vimos, 1cal es la cantidad de calor que hay que suministrarle a 1g de agua ara que aumente su temperatura 1ºC. Ahora entonces podemos averiguar su Ce: Ce agua =1cal/gºC

El calor específico del agua es mucho mayor que los calores específicos de casi todas las sustancias. Esto significa que al ceder la misma cantidad de calor a iguales masas de agua y alguna otra sustancia, se observa que la masa de agua se calienta mucho menos.

• Como el calor específico es característico de cada material, su valor para cada sustancia se determina con todo cuidado en los laboratorios y los resultados se tabulan.
• Tengamos en cuenta que el Ce de un material puede presentar variaciones, por ejemplo cuando cambia de estado de agregación. En la tabla podemos ver que el agua presenta valores de Ce diferentes cuando se encuentra liquida, sólida (hielo) y en vapor de agua.

Calor y Temperatura

Desde el punto de vista de la física, calentar una cosa significa hacer que sus moléculas se muevan (vibren) más rápido, por lo tanto aumenta su energía. La energía interna es la que posee un cuerpo debido al movimiento y las posiciones de sus partículas. Es una característica de todo el cuerpo, ya que indica la suma de todas las energías cinéticas y potenciales de las partículas. Cuando las partículas se mueven mas rápido, la energía interna del cuerpo es mayor y posee mayor temperatura. En cambio, si las partículas se mueven mas lentamente, su energía interna es menor y posee menor temperatura.

Cuando tocas algo y te quema, lo que estás sintiendo es el golpeteo de las moléculas que chocan contra tu mano. Hay una forma medir la energía interna (agitación) de las moléculas y se llama TEMPERATURA.

La temperatura se mide con los termómetros, en grados Celsius. Recordar escalas temperatura: conversión Celsius a Kelvin: T_°K = 273 + T_°C

         La temperatura de un cuerpo indica la me­dida del estado de agitación de las partículas que lo forman, es decir, mide la velo­cidad que presentan las moléculas.

Si consideramos que cuando aumenta la temperatura de un cuerpo, la energía interna también aumenta. Si este cuerpo se pone en contacto con otro de más baja temperatura, habrá una transferencia de energía del primero al segundo, energía que se denomina CALOR.

El calor se transmite, siempre desde el cuerpo más caliente hacia el más frío; el cuerpo mas caliente disminuye su energía interna, mientras que la energía aumenta en el cuerpo mas frió. El cuerpo mas frío recibe o gana energía; el cuerpo caliente entrega o pierde energía.

En el caso de intercambio por calor, también se debe tener en cuenta el principio de conservación de la energía. Así, la cantidad de calor es igual al cambio de la energía interna de cada uno de los dos cuerpos intervinientes. 

Calor es la energía que se transmite de un cuerpo a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperatura entre ellos.

Como ya sabemos que el calor es una forma de energía, es obvio que una cierta cantidad de calor debe medirse en unidades energéticas. Entonces, en el SIMELA, mediremos el calor en JOULES (J). En la práctica actual se usa otra unidad de calor, la cual recibe el nombre de CALORÍA.

1cal es la cantidad de calor que debe transmitirse a 1g de agua para que su temperatura aumente 1ºC.