Medicion de la capacidad calorifica

1. Medición de la capacidad calorífica.

Cuando se requiere medir capacidad calorífica bajo determinadas condiciones, se debe comparar el calor absorbido por un sistema con el incremento de temperatura resultante, entonces la capacidad calorífica es dada por:

 [pic 1]

En donde:

C= capacidad calorífica.

Q= calor absorbido por el sistema.

ΔT= variación de la temperatura.

Su unidad de medida en el sistema internacional es julios/°K o cal/°C.

La capacidad calorífica de un sistema físico dependerá del total de sustancia o masa que contenga. Además, si un sistema está constituido por una única sustancia homogénea la capacidad calorífica estará dada por:

[pic 2]

Donde:

c = calor especifico

m= masa de la sustancia

Cuando la masa de una sustancia se incrementa entonces la capacidad calorífica también aumentara, debido a que aumenta la inercia y la dificultad de variación de la temperatura del sistema.

1. Planteamiento formal de capacidad calorífica.

La capacidad calorífica se define asociada a un proceso llamado cuasiestático, ya que este se encuentra en cada instante de tiempo en un estado infinitesimalmente cercano al estado de equilibrio. Se tiene que un sistema termodinámico va a partir de un estado A hacia un estado B el cual será el límite del cociente entre la cantidad de calor y la variación de temperatura.

[pic 3]

Es así que de este modo la capacidad calorífica es una variable termodinámica que se encuentra definida en cada estado de equilibrio del sistema.

1. Capacidades caloríficas de gases y sólidos.

Tomando como referencia al teorema de equipartición de la energía, el cual relaciona la temperatura de un sistema con su energía media, se tiene que la capacidad calorífica de ambos estados va a depender del número de grados de libertad que tiene una molécula.

1. Gas monoatómico

Son aquellos gases que cuentan con moléculas formadas por un solo átomo, un ejemplo de ellos son los gases nobles. Su energía total se encuentra casi toda en forma de energía cinética de traslación, dado que el espacio está formado por tres dimensiones y existen tres grados de liberación de traslación lo cual se deduce a partir del teorema de equipartición, entonces se tiene que la energía interna total y la capacidad calorífica están dadas por:

[pic 4]

[pic 5]

Donde:

T= temperatura absoluta

N= número de moléculas del gas

K = constante de Boltzmann

R= constante universal

1. Gas diatómico

Para el caso de estos gases su energía total puede presentarse en forma de energía cinética de traslación y rotación, gracias a ello los gases diatómicos pueden almacenar más energía a una temperatura dada.  La energía interna y la capacidad calorífica a temperaturas próximas a las del ambiente se encuentran dadas por:

[pic 6]

Sensagent (s.f), “Para temperaturas extremadamente altas, la energía de vibración de los enlaces empieza a ser importante y los gases diatómicos se desvían algo de las anteriores condiciones”. Pero si las temperaturas son aún más altas se producen desviaciones adicionales con la contribución del movimiento de los electrones. A pesar de ello todos los gases reales como el hidrogeno, oxigeno, nitrógeno o monóxido de carbono cumplen con lo señalado anteriormente, es decir que sus capacidades caloríficas molares son cercanos a .[pic 7]

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