Calorimetria. Es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada en ciertos procesos físicos o químicos

CALORIMETRIA

La Calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada en ciertos procesos físicos o químicos.
El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que esta en contacto con el medio que esta midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor. Las paredes deben estar lo más aisladas posible ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior. De lo contrario las mediciones serían totalmente erróneas.
También hay una varilla como agitador para mezclar bien antes de comenzar a medir. Básicamente hay dos tipos de calorímetros. Los que trabajan a volúmen constante y los de presión constante.

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La cantidad de calor que recibe o transmite un cuerpo esta determinada por la siguiente fórmula:

Q = m x Ce x (Tf – Ti)

Donde Q es el calor, m es la masa del cuerpo, Ce es el calor específico del cuerpo, que esta determinada por el material que lo compone. Y la variación de temperatura se representa por la diferencia entre Tf y Ti (temperatura final e inicial).

Cuando un cuerpo transmite el calor hay otro que lo recibe. Este es el principio del calorímetro. Ya que el termómetro determinara la temperatura final o también llamada de equilibrio. El líquido más usado es el agua que actúa como receptor de las calorías que transmite el cuerpo. El calor específico del agua es de 1cal /grs °C. Cuando el agua hierve o se congela este valor cambia a otros. Pero por ahora daremos ejemplos mientras este como agua líquida. Las unidades pueden variar. A veces podemos ver otras unidades como J/grs°C donde J es el joule en lugar de caloría. Ambas son unidades en las que se mide el calor.

Por ejemplo, si introducimos un trozo de cobre de 60 gramos a 100°C en 260 ml de agua a 18°C y tenemos que determinar la temperatura final del equilibrio podemos calcularla de la siguiente manera:

El calor que cede del cobre será igual al calor que recibe el agua. Por lo tanto:

– Q Cu = + Q H2O

El signo menos se le coloca al que desprende calor y el signo más al que absorbe.

– masa Cu x Cecu x (Tf – 100°C) = masa H2O x CeH2O x (Tf – 18°C)

– 60 grs  x  (0,093 cal/°c.gr)  x  (Tf – 100°C)  =  260 grs  x  (1 cal/°c.gr)  x  (Tf – 18°C)

Solo queda despejar la Tf.

-5.58 cal/°C x (Tf – 100°C) = 260 cal/°C x (Tf – 18°C)

Aplicamos la propiedad distributiva:

-5.58 cal/°C Tf + 558 cal = 260 cal/°C Tf – 4680 cal

558 cal + 4680 cal = 260 cal/°C Tf + 5.58 cal/°C Tf

5238 cal = 265.58 cal/°C Tf

5238 cal / 265.18 cal/°C = Tf

19.72°C = Tf

En otros problemas a veces nos piden averiguar el calor específico de un cierto material. Por ejemplo:

Se introducen 20 gramos de aluminio a 90°C dentro de un calorímetro donde hay 106 grs de agua a 38°C. La temperatura final del equilibrio es de 40°C. Se desea saber el calor específico del aluminio.

El calor entregado por el cuerpo mas caliente (Aluminio) es igual al calor recibido por el mas frio (agua).

– Q aluminio  =  + Q agua

– masa Al x CeAl x (Tf – Ti)  =  masa agua x Ce agua x (Tf – Ti)

– 20 grs x CeAl x (40°C – 90°C) = 106 grs x 1 cal/grs°C x (40°C – 38°C)

– 20 grs x (-50°C) x CeAl  =  106 cal/ °C x (2°C)

1000 grs  °C x CeAl =  212 cal

Ce Al = 212 cal / 1000 grs °C

CeAl = 0,212 cal/grs°C

En otros el calorímetro participa. Por ejemplo:

Se introducen 30 grs de Aluminio a 120°C en un calorímetro de cobre de 360 grs donde hay 200 grs de agua a 20°C. Calcular la temperatura final del equilibrio.

El calor que pierde el aluminio es igual al que gana el calorímetro y el agua.

– QAl  =  + Q agua  + Q calorímetro

– 30 grs  x 0,212 cal/gr°C x (Tf – 120°C)  =  200grs x 1 cal/gr°C x (Tf – 20°C)  +  360 grs x 0,093 cal/gr°C x (Tf – 20°C)

6,36 cal/°C Tf + 763,2 cal  =  200 cal/°C Tf  –  4000 cal  +  33,48 cal/°C Tf  –  669,6 cal

6,36 cal/°C Tf  –  200 cal/°C Tf  –  33,48 cal/°C Tf  =  – 4000 cal – 669,6 cal – 763,2 cal

-227,12 cal/°C Tf  =  – 5432,8 cal

Tf  =  – 5432,8 cal / – 227,12 cal/°C

Tf  = + 23,92 °C

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