Calorimetria Unidad N°4

FísicaProf. González, Carolina

Tecnicatura Superior en Seguridad Higiene y Medio Ambiente

La TEMPERATURA es la magnitud que

indica el promedio de las energías cinéticas de cada una de las partículas que componen un sistema. Es decir, que es una medida de la agitación de las partículas de un cuerpo. Cuando tocamos un objeto y lo sentimos “caliente”, es que tiene alta temperatura y esto significa que sus partículas tienen mucho movimiento.

El CALOR es un tipo de energía al que llamamos energía calórica o energía térmica; y es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro por el hecho de tener temperaturas diferentes. El calor siempre se transfiere del cuerpo que tiene mayor temperatura al que tiene menor temperatura.

Calorimetría

TEMPERATURA

Ø Escala Celsius. Es la más utilizada en América Latina y Europa. Su

unidad es el grado centígrado [°C], tiene su cero en el punto de fusión del agua y le asigna el valor 100 al punto de ebullición del agua. Al segmento comprendido entre 0 y 100 se lo divide en cien partes iguales.

Ø Escala Absoluta o Kelvin . Es la que define el Si.Me.L.A por lo que es la unidad legal de temperaturas. Toda publicación científica debe usar esta escala si se mencionan temperaturas. Tiene su cero en el punto en donde las partículas ya no poseen movimiento absoluto (-273,15 °C) y cada división tiene la misma longitud que las divisiones de la escala Celsius. Su unidad de medida es el Kelvin [K] en honor a su inventor.

Ø Escala Fahrenheit. Es la más utilizada en Estados Unidos. Su unidad es el grado Fahrenheit [°F]. Tiene su cero en el punto de fusión de una solución de cloruro de amonio en agua, que es a -17,77°C. El 0°C coincide con los 32°F, entre este punto y el de ebullición del agua se tiene un segmento al que se lo divide en 180 partes iguales. Cada parte es 1°F

 

Escalas Termométricas

De acuerdo a lo hemos definido

anteriormente, el valor de 0°C equivale a 32°F y el valor de 100°C equivale a 212°F. Respecto a la escala kelvin, como su cero está en -273°C, entonces en el 0°C tenemos los 273K. Así mismo los 100°C equivalen a 373K.

 

Equivalencias entre escalas

Instrumentos de

medición

El calor (representado con la letra Q) es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores) debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que absorbe o cede un sistema termodinámico depende normalmente del tipo de transformación que ha experimentado dicho sistema.

Calor

Dos o más cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura alcanzan, pasado un tiempo, el equilibrio térmico(misma temperatura). Este hecho se conoce como Principio Cero de la Termodinámica, y se ilustra en la siguiente figura.

El calor es por tanto la transferencia de parte de dicha energía interna de un sistema a otro, con la condición de que ambos estén a diferente temperatura. Sus unidades en el Sistema Internacional son los julios (J)

La expresión que relaciona la cantidad de calor que intercambia una masa m de una cierta sustancia con la variación de temperatura Δt que experimenta es:

C: calor especifico de la sustancia El calor específico (o capacidad calorífica

específica) es la energía necesaria para elevar en un 1 grado la temperatura de 1 kg de masa. Sus unidades en el Sistema Internacional son J/kg K.

En general, el calor específico de una sustancia depende de la temperatura. Sin embargo, como esta dependencia no es muy grande, suele tratarse como una constante. En esta tabla se muestra el calor específico de los distintos elementos de la tabla periódica y en esta otra el calor específico de diferentes sustancias.

Cuando se trabaja con gases es bastante habitual expresar la cantidad de sustancia en términos del número de moles n. En este caso, el calor específico se denomina capacidad calorífica molar C. El calor intercambiado viene entonces dado por:

En el Sistema Internacional, las unidades de la capacidad calorífica molar son J/molK

Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, y

acumula energía en forma de energía interna . La relación entre estas tres magnitudes viene dada por el principio de conservación de la energía.

Para establecer el principio de conservación de la energía retomamos la ecuación estudiada en la página dedicada al estudio de sistemas de partículas que relaciona el trabajo de las fuerzas externas (Wext) y la variación de energía propia (ΔU) :

Nombramos igual a la energía propia que a la energía interna porque coinciden, ya que no estamos considerando la traslación del centro de masas del sistema (energía cinética orbital).

Por otra parte, el trabajo de las fuerzas externas es el mismo que el realizado por el gas pero cambiado de signo: si el gas se expande realiza un trabajo (W) positivo, en contra de las fuerzas externas, que realizan un trabajo negativo; y a la inversa en el caso de una compresión. Además, ahora tenemos otra forma de suministrar energía a un sistema que es en forma de calor (Q).

Luego la expresión final queda:

Este enunciado del principio de conservación de la energía aplicado a sistemas termodinámicos se conoce como Primer Principio de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica