CALOR ESPECIFICO

Practica No. 7: “CALOR ESPECÍFICO”

OBJETIVOS

Objetivo general:

Por medio de un proceso de transferencia de calor, medir experimentalmente el calor específico de sólidos.

Objetivos específicos:

Afianzar los conceptos de calor, temperatura y calor específico a través de la experimentación en el laboratorio.

Reconocer el calor como una forma de energía utilizando el teorema de la conservación de la energía, para determinar el calor específico.

MARCO TEÓRICO

Calor: Es la energía transferida entre diferentes cuerpos o sistemas con temperaturas diferentes, que se da exclusivamente debido a cambios de temperatura que se presentan Este flujo de energía 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 energía puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección.

Transferencia de calor: es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.

 Radiación: Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición.

 Conducción: Es el movimiento de calor a través de una sustancia por la colisión de las moléculas. En el lugar donde se tocan los dos objetos, las moléculas del objeto más caliente, que se mueven más rápido, chocan con las moléculas del objeto más frío, que se mueven más despacio. A medida que colisionan, las moléculas rápidas dan algo de su energía a las moléculas más lentas.

 Convección: Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una superficie caliente, sus moléculas se separan y se dispersan, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa. Cuando llega a ser menos denso se desplazará hacia arriba u horizontalmente hacia una región fría, mientras que las masas menos calientes, pero más densas, del fluido descenderán o se moverán en un sentido opuesto al del movimiento de la masa más caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volumen más caliente). Mediante este mecanismo los volúmenes más calientes transfieren calor a los volúmenes menos calientes de ese fluido (un líquido o un gas).

Diferencia entre temperatura y calor: El calor es la energía total del movimiento molecular e una sustancia, mientras la temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. El calor es lo que hace que hace que la temperatura aumente o disminuya. La temperatura depende del estado físico de un material y es una descripción cuantitativa de su calidez o frialdad pero el término de calor se refiere a transferencia de energía de un cuerpo o sistema a otro, a causa de una diferencia de temperatura.

Relación entre temperatura y calor: Que el calor necesita de la temperatura para que se lleve a cabo, sólo con una diferencia de temperatura se da la transferencia de energía de un cuerpo a otro.

Equilibrio térmico: Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor, y el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico. Cuando dos sistemas quedan a igual temperatura.

Leyes de la termodinámica

Principio cero de la termodinámica: Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. En palabras llanas: «Si pones en contacto un objeto frío con otro caliente, ambos evolucionan hasta que sus temperaturas se igualan». Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.

El equilibrio termodinámico de un sistema: se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro del físico químico y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.

Primera ley de la termodinámica: También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica , establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. En palabras llanas: "La energía ni se crea ni se destruye: sólo se transforma". Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos

Termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema W es el trabajo realizado por el sistema.

Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W.

 Segunda ley de la termodinámica: Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para

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