Capacidad Térmica Específica De Metales

CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA DE METALES

Objetivos:

 Identificar algunos metales de trabajo.

 Determinar cualitativamente el valor de la capacidad térmica específica de algunos

metales con base en la cantidad de parafina que funden.

Bases teóricas

El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia

de temperaturas.

La teoría moderna del calor la da a conocer James Joule demostrando que la

ganancia o pérdida de una cantidad determinada de calor va acompañada de la desaparición

o aparición de una cantidad equivalente de energía mecánica. El calor, por tanto, es una

energía que no se conserva.

La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra energía

en forma de calor. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un sistema

es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia cuando no hay

cambio de fase en la misma. A esta manifestación de energía en forma de calor se le conoce

como CALOR SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera.

Q = m c ΔT

Donde:

Q = calor

m = masa

c = capacidad térmica específica

ΔT = gradiente de temperatura

“c” es la constante de proporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica específica

de la sustancia, se puede obtener como el cociente de la capacidad térmica (C) entre la

masa (m), es decir:

c C

m



Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por incremento

de temperatura. 









g C

c cal o

La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse

adecuadamente calentándola a una cierta temperatura, situándola en una cantidad de agua,

de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando llegue al equilibrio

térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su entorno, el calor que “sale” de la

sustancia tiene que ser igual al calor que “entra” en el agua y en el recipiente. Este

procedimiento se conoce como CALORIMETRÍA y el recipiente aislado que contiene el

agua técnicamente se conoce como calorímetro.

Sea m la masa de la sustancia del cuerpo, c su capacidad térmica específica y Ti su

temperatura inicial. Si Tf es la temperatura final de la sustancia dentro del calorímetro, el

calor que fluye de la sustancia es:

Qsale  mc(Tf Ti )

De la misma manera, si Ti es la temperatura inicial del agua y del recipiente, y Tf su

temperatura final (la temperatura del cuerpo y del agua serán la misma, puesto que

finalmente alcanzarán el equilibrio térmico), el calor absorbido por el agua y el recipiente

es:

( ) ( ) entra a a f i c c f i Q  m c T T  m c T T

En donde:

ma = masa de agua

ca = capacidad térmica específica del agua

mc = masa del recipiente

cc = capacidad térmica específica del recipiente

Observe que en estas relaciones se ha presentado las diferencias de temperaturas de forma

que tanto el calor cedido como el calor recibido sean cantidades positivas. Igualando estas

cantidades de calor, puede obtenerse la capacidad térmica específica de la sustancia.

sale entra Q  Q

O bien:

( ) ( ) ( ) f i aa f i cc f i mc T T  m c T T  m c T T

Como en la relación anterior sólo aparecen diferencias de temperaturas y los grados celsius

y los kelvin tiene la misma magnitud, pueden medirse todas las temperaturas bien en la

escala Celsio o en la Kelvin sin que se vea afectado el resultado.

Calorímetro

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor

“suministradas” o “recibidas” por los sistemas, es decir, sirve para determinar la capacidad

térmica específica del sistema y para medir las cantidades de calor que “liberan” o

“absorben” los sistemas.

El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y

perfectamente aislado que contiene agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se

coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el

aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad

calorífica del calorímetro (que también puede medirse), la cantidad de energía liberada

puede calcularse fácilmente.

Los calorímetros suelen incluir su equivalente para facilitar cálculos. El equivalente

en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y

que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que

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