CALORIMETRÍA

Calor

Concepto de Calorimetría

Es una rama de la física molecular que estudia las medidas de la cantidad

de calor que intercambian dos o más sustancias que están a diferente

temperaturas, así mismo analiza las transformaciones que experimentan

dichas sustancias al recibir o perder energía calorífica.

Calor

o

El calor es una forma de energía en transito (de frontera a frontera) que

intercambian los cuerpos, debido exclusivamente a la diferencia de

temperaturas entre los cuerpos. El calor es una energía no almacenable y sólo

existe mientras exista una diferencia de temperaturas.

Q

A

A :

B :

Cuerpo caliente

Cuerpo frío

Flujo calorífico

B

"Calor es la energía que se transmite de un cuerpo a otro, en virtud

únicamente de una diferencia de temperatura entre ellos".

Cantidad de calor (Q)

Es la medida de energía en forma de calor, que ingresa o sale de un cuerpo.

El calor es un flujo energético que fluye espontáneamente desde el cuerpo

de mayor hacia el cuerpo de menor temperatura.

Unidades de la cantidad de calor

Caloría (Cal)

Es la cantidad de calor que se debe entregar o sustraer a un gramo de agua

para que su temperatura aumente o disminuya en 1°C.

Equivalencia:

1 K cal = 1000 calorías

1 J = 0,24 cal

FÍSICA

Energía Interna

Equivalente mecánico del calor

Actualmente se considera que cuando crece la temperatura de un cuerpo,

la energía que posee en su interior, denominada "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". Por lo tanto, el concepto moderno de

"calor" es el siguiente: "Calor es la energía que se transmite de un cuerpo a

otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperatura entre ellos".

La transferencia de calor hacia un cuerpo origina un aumento en la energía

de agitación de sus moléculas y átomos, o sea, que ocasiona un aumento de

su energía interna del cuerpo, lo cual, generalmente, produce una elevación

de su temperatura. En realidad, lo que un sistema material posee es "energía

interna", y cuando mayor sea su temperatura, tanto mayor será también

dicha energía interna.

Es importante observar, incluso, que la energía interna de un cuerpo puede

aumentar sin que el cuerpo reciba calor, siempre que reciba otra forma de

energía. Cuando, por ejemplo, agitamos una botella con agua, a pesar de

que el agua no haya recibido calor, su temperatura aumenta. El aumento

de energía interna en este caso se produjo debido a la energía mecánica

transferida al agua cuando se efectúa el trabajo de agitar la botella.

De los diversos experimentos realizados por James P. Joule, uno de ellos

se volvió muy conocido y destacó entre los demás. En el experimento Joule

dejaba caer un cuerpo de peso conocido, atado a una cuerda, de manera que

durante su caída podía accionar un sistema de paletas, el cual entraba en

rotación y agitaba el agua contenida en un recipiente aislado térmicamente.

Joule observó que la fricción de las paletas con el agua producía un

incremento de la temperatura en el agua. Del principio de conservación de

la energía (la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma), llegó

a la siguiente conclusión: "La energía mecánica, se transforma en energía

interna".

EM → Q

Si la energía mecánica (EM) se mide en "joules" y la cantidad de calor en

"calorías", entonces la equivalencia es:

1 J = 0,24 cal

Así, pues, la energía interna de un cuerpo se puede aumentar realizando

trabajo sobre él.

Ahora sabemos que además de la "Energía Mecánica", hay otro tipo de

energía, la "Interna". La energía mecánica se transforma en energía interna,

FÍSICA

donde el intermediario es el calor. Por ejemplo, si soltamos una bola metálica

de cierta altura, inmediatamente después del choque medimos la temperatura

de la bola, advertiremos que se ha calentado.

Energ.mecánica → Calor → Energ.interna

Capacidad Calorífica (C)

Es característica de un cuerpo en particular, se define como la cantidad de

calor que se debe entregar o sustraer a un cuerpo, tal que, su temperatura

varía en la unidad.

C=

Unidades:

;

Calor Específico (C.e)

J

kg ⋅ °C

;

Unidades:

C.e. =

Es característica de una sustancia homogénea, se define como la cantidad

de calor que se debe entregar o sustraer a cada unidad de masa de una

sustancia, tal que, su temperatura varía en la unidad.

Cantidad de calor sensible (Q)

Es aquella cantidad de energía interna que, transitoriamente, cede o recibe

un cuerpo o sustancia a través de sus fronteras debido a una diferencia de

temperaturas entre él y el cuerpo o medio que le rodea.

El calor sensible es la cantidad de calor que el cuerpo utiliza íntegramente

para aumentar o disminuir su energía interna, esto quiere decir, para

aumentar o disminuir su temperatura. No hay cambio de fase.

Q = m · C.e. · ∆T

Unidades: calorías, joules

Regla Práctica

Cuando una sustancia recibe o cede una cierta cantidad de calor, se

representa del siguiente modo:

FÍSICA

Significa que la temperatura varía de 10°C a 30°C cuando recibe una

cantidad Q1 de energía calorífica y varía de 30°C a 60°C cuando recibe Q2.

Cuando pierde o cede energía calorífica el sentido de las flechas son

opuestas (antihorario).

Calores Específicos

Sustancia

C.e (cal/g·°C)

1,00

Hielo 0,50

Vapor de agua 0,50

Aluminio 0,22

Vidrio 0,20

Hierro 0,11

Latón 0,094

Cobre 0,093

Plata 0,056

Agua

0,033

Mercurio

0,031

Plomo

Conducción

Propagación del calor

Suponga que una persona sostiene uno de los extremos de una barra

metálica, y el otro extremo se pone en contacto con una flama.

BARRA CALENTADA

...