Calorimetria

Termodinámica. Calorimetría

1. Introducción

El calor es parte de nuestra vida diaria, partiendo desde la temperatura de nuestro cuerpo, hasta los fenómenos de la naturaleza que suceden día a día. Por ello el estudiar sus reacciones, medición y estudio nos parecen muy importantes.

Nuestro objetivo en el siguiente trabajo es explicar y dar a conocer algunos conceptos relacionados con el calor y su medición.

2. Calorimetría

 Concepto de calorimetría:

Según las teorías que iniciaron el estudio de la calorimetría de fluido muy sutil que se producía en las combustiones y pasaba de unos cuerpos a otros, pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor cantidad.

Posteriormente, se observó que, cuando se ejercía un trabajo mecánico sobre un cuerpo (al frotarlo o golpearlo, por ejemplo), aparecía calor; hecho que contradecía el principio de conservación de la energía, ya que desaparecía una energía en forma de trabajo mecánico, además de que se observaba la aparición de calor sin que hubiese habido combustión alguna.

Benjamin Thompson puso en evidencia este hecho cuando dirigía unos trabajos de barrenado de cañones observando que el agua de refrigeración de los taladros se calentaba durante el proceso. Para explicarlo, postuló la teoría de que el calor era una forma de energía.

Thompson no consiguió demostrar que hubiese conservación de energía en el proceso de transformación de trabajo en calor, debido a la imprecisión en los aparatos de medidas que usó. Posteriormente, Prescott Joule logró demostrarlo experimentalmente, llegando a determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume, que es de 0,239 calorías por cada julio de trabajo que se transforma íntegramente en calor.

Calorimetría es la medida de la cantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo.

 Calorímetro:

Los calorímetros son aparatos destinados a establecer la cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo al variar su temperatura.

Existen entre otros tipos, el calorímetro de las mezclas y el calorímetro de hielo.

Conocida la cantidad de calor ganada o perdida, la mas del cuerpo, y la variación de la temperatura, puede entonces determinarse el calor especifico de la sustancia.

Calorímetro de las mezclas:

Hemos esquematizado un calorímetro de las mezclas que consta de:

• Un recipiente de latón, bien pulido exteriormente (para evitar pérdidas de calor por adicción) en el cual se colocara una masa determinada de agua.

• Un recipiente que contiene a aquel. Ambos recipientes con sus correspondientes tapas; así se logra aislar lo mejor posible el recipiente, del exterior.

• Un agitador y un termómetro muy sensible.

 Calorímetro de Hielo:

Está basado en la masa de hielo que se ha fundido al entrar en contacto con un cuerpo a mayor temperatura; es decir, reemplaza el agua por hielo.

El calor especifico de sólidos y líquidos.

Los numerosos experimentos realizados permiten establecer que:

a) En general, el calor especifico de los sólidos y líquidos es menor que el de agua, considerado como unidad.

b) El calor especifico de un sólido varia la temperatura. A mayor temperatura, mayor calor especifico.

c) En los líquidos, este aumento de calor específico es mucho más rápido.

El litio (sobre los 100°C) anhídrido sulfuroso (sobre 180°C) son exportaciones a lo expuesto.

d) El calor específico de un líquido a la temperatura de solidificación es mayor que la del sólido correspondiente.

3. Principios de la Calorimetría:

- 1er Principio: Cuando 2 o más cuerpos con temperaturas diferentes son puestos en contacto, ellos intercambian calor entre sí hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Luego, considerando un sistema térmicamente aislado, "La cantidad de calor recibida por unos es igual a la cantidad de calor cedida por los otros".

- 2do Principio: "La cantidad de calor recibida por un sistema durante una transformación es igual a la cantidad de calor cedida por él en la transformación inversa".

4. Propiedades termométricas

Una propiedad física que varíe con la temperatura se llama termométrica. Por lo general, son muchas las propiedades que cambian al variar la temperatura, por ejemplo, dilatación, presión, color, conductividad eléctrica,...

Estas variaciones de las propiedades de la materia son las que se aprovechan para medir la temperatura, por tanto no se conoce ningún método directo para medirla.

Podemos decir que un termómetro no es más que un instrumento que mide de alguna manera la temperatura de un cuerpo adquiriendo la temperatura de éste.

Las propiedades termométricas deben cumplir una serie de condiciones:

• INVARIANZA: Los valores de las propiedades termométricas sólo deben ser función de la temperatura.

• UNIFORMIDAD: Debe existir una relación biunívoca entre el valor de la propiedad termométrica y el valor asignado a la temperatura.

• EQUILIBRIO: El termómetro utilizado debe ser de tamaño reducido para no perturbar significativamente el sistema a medir.

• REPRODUCIBILIDAD: Distintos termómetros que empleen la misma propiedad termométrica y en las mismas condiciones, deberán indicar la misma temperatura.

• AMPLITUD: El intervalo de utilización de un termómetro ha de ser lo más amplio posible.

 Unidades de medida:

En las ciencias físicas, la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que la energía y el trabajo, es decir, en julios. Otra unidad es la caloría, definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1 atmósfera de presión desde 15 hasta 16 °C. Esta unidad se denomina a veces caloría pequeña o caloría gramo para distinguirla de la caloría grande, o kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías y se emplea en nutrición. La energía mecánica puede convertirse en calor a través del rozamiento, y el trabajo mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico del calor. A una caloría le corresponden 4,1855 julios. Según la ley de conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los que se realiza el trabajo. Joule fue el primero en demostrarlo de forma fehaciente en un experimento clásico: calentó agua en un recipiente cerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de temperatura del agua era proporcional

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