Laboratorio Equilibrio Termico

EQUILIBRIO TÉRMICO

EQUILIBRIO TERMICO.

Es el estado en el que se igualan las Temperaturas de dos cuerpos en cuyas condiciones iniciales tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las Temperaturas se suspende el flujo de calor, el sistema formados por esos cuerpos llega a su EQUILIBRIO TERMICO.

Por ejemplo si pone tienes un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecerá un flujo de energía calorífica, puede pasar mucho tiempo, pero en algún momento las temperaturas del agua en ambos recipientes se igualara (por obra de las transferencia de calor, en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzaran cuando ambas masa de agua estén a la misma temperatura.

Consideremos dos cuerpos en contacto térmico. Si entre dichos cuerpos no existe flujo de calor entonces se dice que ambos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico.

El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura. Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura.

Equilibrio térmico se alcanza cuando dos objetos o sistemas de alcanzar la misma temperatura y dejar de intercambio de energía a través de calor. Cuando dos objetos se colocan juntos, el objeto con más energía térmica que se pierde energía para el objeto con menos energía de calor. Finalmente, la temperatura será igual y que dejará de intercambio de energía de calor como ninguno de los objetos es más caliente o más frío que el otro. En este punto, se encuentran en un estado de equilibrio térmico.

Se sabe que a la realización de un trabajo corresponde una determinada cantidad de calor y se puede comprobar que cuando un cuerpo o sistema de cuerpos, después de una serie de transformaciones, vuelve a su estado inicial, el trabajo exterior realizado es proporcional a la cantidad de calor desarrollado.

Joule construyó un recipiente térmicamente aislado (calorímetro como se muestra en la gráfico Nº 1), al que le instalaron un termómetro, un juego de paletas móviles, fijas al calorímetro y un juego de paletas móviles, fijadas a su eje, accionadas por un peso, el que pende a través de una polea de un hilo que está enrollado en un tambor el cual está conectado al eje de las paletas móviles. Al bajar el peso realiza un trabajo que se mide en Kp*m. Como consecuencia, las paletas giran y logran aumentar la temperatura del agua lo que conlleva el aumento de calorías del agua.

Como el calor es una forma de energía, cualquier unidad de energía puede ser una unidad de calor. Fue Joule el primero en cuantificar el equivalente de la energía mecánica en energía calorífica, es decir el número de “Joules” equivalente a una caloría.

La cantidad relativa de las unidades caloríficas y de las unidades mecánicas se las puede encontrar realizando experimentos en los cuales una cierta cantidad medida de energía mecánica se convierte completamente en una medida de calor.

Después de varias pruebas, Joule obtuvo la siguiente relación:

1caloría = 4.186 joules.

6.2. Calorímetro:

Fundamentalmente se trata de una vasija totalmente aislada del exterior, en la que se introduce las dos sustancias; que generalmente es agua y la sustancia de la que se desea saber su calor específico. Va provisto de un agitador para asegurar una buena mezcla y de un termómetro.

Cuando se introduce en el calorímetro un cuerpo caliente parte de este calor este se transfiere al calorímetro y al agitador por lo que se debe tener en cuenta cuando se quieren realizar mediciones de precisión, por lo cual se realiza una corrección para este propósito.

6.2.1. Capacidad calorífica del calorímetro:

Capacidad calorífica, energía necesaria para aumentar en un grado la temperatura de un cuerpo. Sus unidades son J•K-1 o J•ºC-1.

Si un cuerpo intercambia cierta cantidad de energía térmica Q y se produce un incremento de temperatura ΔT, la relación entre ambas magnitudes es:

Q = C•ΔT

Donde C es la capacidad calorífica del cuerpo. Aumentar o disminuir la temperatura de un gas encerrado en un recipiente se puede realizar a volumen o a presión constante, por lo que en el caso de las sustancias gaseosas se habla de capacidad calorífica a volumen constante, Cv, y de capacidad calorífica a presión constante, Cp.

La capacidad calorífica de un cuerpo es proporcional a la cantidad de masa presente:

C = m•c

La constante c se denomina capacidad calorífica específica o, más comúnmente, calor específico y sólo depende del tipo de sustancia de que se trate, pero no de su cantidad. Es la energía necesaria para elevar en

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