calorimetriala temperatura es una “medida” del calor o energía térmica de los objetos. 4...
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CALORIMETRIA
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La calorimetría es una técnica que se encarga de medir
el calor producido en una reacción química o un
cambio físico usando un calorímetro.
El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o
diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a
distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el
cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor
temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta
que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio
térmico.
LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
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TEMPERATURA
La temperatura se puede definir como una propiedad
que puede determinar si dos objetos se encuentran en
equilibrio térmico por medio de una escala.
Por lo tanto si se encuentran en equilibrio térmico,
tendrán la misma temperatura.
La temperatura es una “medida” del calor o energía térmica de los objetos.
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Escala Termométricas
Escala Celsius (°C): Establecida por Anders Celsius en 1741, utiliza como
referencias arbitrarias a el punto de fusión del agua pura en 0 °C y a su
punto de ebullición en 100 °C. Por este intervalo de cien grados se conoce
también como escala centígrada.
Escala Fahrenheit (°F): Utilizada en USA con los mismos puntos de referencia
del agua pura, 32 °F para el punto de fusión y 212 °F para el de ebullición. Este
intervalo de está dividido en 180 partes de 1° F.
180
32)(
100
)( 00
FTCT
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Escala absoluta Kelvin (K): Propuesta por Lord Kelvin en 1854, se le llama
absoluta por que sitúa al cero absoluto 0 K a la temperatura a la que las
moléculas de un cuerpo ya no poseen ningún tipo de movimiento.
15.273)()( 0 CTKT
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Estados de agregación de la materia
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TRANSMISIÓN DEL CALOR
Conducción
Es un mecanismo de transferencia de energía térmica
entre dos objetos o sistemas basado en el contacto
directo, sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la
temperatura dentro de un cuerpo o entre diferentes
cuerpos.
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Se caracteriza porque se produce a través de un fluido (aire, agua) que
transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La
convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos.
Éstos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, su densidad
disminuye y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte
superior y que está a menor temperatura.
Convección
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Radiación
El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía
térmica en la forma de ondas electromagnéticas a través del vacío o
de un medio material.
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Dilatación
Dilatación es el cambio de longitud, volumen o alguna otra
dimensión métrica que sufre un objeto físico debido al cambio de
temperatura que se provoca en ella por cualquier medio de
difusión del calor.
Dilatación Lineal: )1(0 TLL
L: long. Final
L0: long. Inicial
: Coeficiente de dilatación lineal
ΔT: incremento de T (Tf – Ti)
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Dilatación volumétrica
Es la dilatación térmica de un líquido o un gas y se observa como un
cambio de volumen ΔV en una cantidad de sustancia de volumen
inicial V0, relacionado con un cambio de temperatura Δt. En este
caso, la variación de volumen ΔV es directamente proporcional al
volumen inicial V0 y al cambio de temperatura Δt.
TVV 0 = Coeficiente de dilatación volumétrica
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MAQUINAS TERMICAS
Son dispositivos capaces de llevara acabo la transformación del calor
en trabajo mecánico.
En todas las maquinas térmicas el sistema absorbedor de calor, convierte
a una parte de este en trabajo y el resto lo cede al exterior que por lo
general se encuentra a menor temperatura.
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La temperatura del núcleo del Sol, es aproximadamente de 15x106 K,
¿cual será esta temperatura en la escala Celsius?
15.273)()( 0 CTKT
CK 66 1099.1415.2731015
El punto de ebullición del agua al nivel del mar es de 100°C, ¿cual será en la
escala Fahrenheit?
180
32)(
100
)( 00
FTCT
FC 0
0
21232180100
100
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La temperatura de fusión del 1,2-etanodiol (usado como anticongelante)
tiene un punto de fusión de -16 °C, ¿Cuánto será está temperatura en la
escala Kelvin?
15.273)()( 0 CTKT
KC 15.25715.273)16( 0
Un material sublima a 104°F, ¿cuanto es en la escala Celsius?
180
32)(
100
)( 00
FTCT
CF 0
0
40100180
32104
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)1(0 TLL
¿Cuál será la longitud final de un espejo de vidrio que mide 2m, si se expone a
Un cambio de 15 °C (El coeficiente de dilatación lineal del vidrio a 25 °C es de
8.72x10-6 C-1)
))15)(1072.8(1(2 016 CCmL
mL 0002616.2
En que longitud habrá cambiado un viga de acero de 50 m que fue expuesta
a un ΔT de 35 °C, sabiendo que tiene un valor de 11x10-6 C-1
)1(0 TLL TLLL 00TLLL 00
TLL 0 mCCmL 01925.0)35)(1011)(50( 016
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¿Qué variación de temperatura, habrá sufrido una estructura de
aluminio que originalmente mide 68 m y que cambio su longitud en
8.5 cm, si el coeficiente de dilatación lineal es de 23x10-6 C-1?
TLL 0 TL
L
0
CCm
mT 0
1634.54
)1023)(68(
085.0
¿Cuál será el coeficiente de dilatación volumétrico para 30 litros de agua, si
hay un incremento en 1.26 litros en un gradiente de temperatura de 200°C?
TVV 0
TV
V
014
0101.2
)200)(30(
26.1 CCl
l
CALOR ESPECIFICO
Es la energía requerida para elevar la temperatura de una masa unitaria
de una sustancia en un grado
Tm
Qc
Material Calor específico Capacidad calorífica
kcal/kg °C kcal/m³ °C
Agua 1 1000
Acero 0,12 950
Tierra seca 0,44 660
Granito 0,19 529
Madera de roble 0,57 430
Ladrillo 0,20 400
Madera de pino 0,6 384
Piedra arenisca 0,17 374
Piedra caliza 0,22 484
Hormigón 0,16 350
Mortero de yeso 0,2 288
Tejido de lana 0,32 35
Poliestireno expandido 0,4 10
Poliuretano expandido 0,38 9
Fibra de vidrio 0,19 2,8
Aire 0,24 0,29
Prf. Ezequiel Gutiérrez
α) Una hélice suministra trabajo a un motor mediante una banda a una distancia
de 73 cm. y una fuerza de 273 mN ¿Cuánto calor hay que transferir al motor
para conseguir el mismo efecto (sin hélice)?
dmgFdW )(
JmNW 199.0)73.0)(273.0(
http://www.fisica.usach.cl/~lhrodrig/calortermod.pdf
El calor que debe transferirse es igual al trabajo 0.199J
Q
W
motor
β) Se utilizan 2 kcal para calentar 600 gr de un metal desconocido, de 15°C a 40°C
¿Cuál es el calor especifico del metal?
Tm
Qc
Ckg
cal
Ckg
cal033.133
)25)(6.0(
20000
γ) Una aspa de hierro de 1.5 kg inicialmente a 600 °C se deja caer en un cubo que
Contiene 20 kg de agua a 25 °C ¿Cuál es la temperatura final?
cedidoabsorbido QQ
Cg
calOH
Cg
calFe
c
c
02
0
0.1
107.0
)25(120000 0
. 0 CTgQ fg
calabsr
)600(107.01500 00 fg
calcedido TCgQ
CT f
05.29
1 cal ≡ 4.19 J
δ) Se calientan balines de cobre cada uno con una masa de 1g, a una
temperatura de 100 °C ¿Cuantos balines se deben agregar a 500 g de agua
inicialmente a 20°C para que la temperatura final de equilibrio sea de 25 °C?
(despreciar la capacidad calorífica del contenedor)
Cg
calOH
Cg
calCu
c
c
02
0
0.1
0924.0
)2025(1500 00
. 0 CCgQCg
calabsr
)25100(0924.0 00
0 CCmQ Cg
cal
cedido
Despejando m:
gm 361
Una masa de acero de 2.0 kg a una temperatura de 430 oC es sumergida en 48 kg de agua, que se encuentra inicialmente a 10 oC. El calor específico del acero es de 0.12 kcal/kg·oC, y el del agua es 1.0 kcal/kg·oC. Considerando que no hay pérdidas de calor con los alrededores, la temperatura que alcanzan el acero y el agua en equilibrio térmico es aproximadamente de:
TAREA
Calcular que cantidad de Q hay que dar a un volumen de 3 L de agua para elevar
de 20°C a 100°C. Lo mismo para 3 Kg de Fe
Tm
Qc
cedidoabsorbido QQ
Cg
calOH
Cg
calFe
c
c
02
0
0.1
107.0
Qagua = 240 Kcal
QFe = 25.68Kcal
Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gr de hielo a
- 15 °C en agua a 0 °C
El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para
cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso
(calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de
calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la
temperatura.
Calcular la cantidad de Q que se requiere para cambiar 100 gr hielo a -10 °C en
vapor a 130 °C
Calcular la cantidad de calor necesario para transformar un
gramo de hielo a -30 °C en vapor de agua hasta 120 °C.
1º) cálculo del calor que se le debe agregar al hielo para elevar su temperatura
desde -30º C hasta 0º C; en este proceso hay cambio de temperatura, se
calcula el calor sensible Q1
2º) calor agregado para fundir el hielo (en 0º C), no hay cambio de
temperatura, pero hay cambio de fase, se calcula el calor latente Q2:
3º) cálculo del calor que se le debe agregar al agua para aumentar su
temperatura desde 0º C hasta 100º C; en este proceso hay cambio de
temperatura, se calcula el calor sensible Q3: