Calorimetría Rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos de...
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CalorimetríaCalorimetría
Rama de la termodinámica que mide la Rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos de cantidad de energía generada en procesos de
intercambio de calorintercambio de calor
CalorCalorEs la transferencia de energía entre la materia como
resultado de las diferencias en la temperatura.
T1 T2
T1 > T2
Energía
Unidad del CalorUnidad del Calor : : Caloría (cal)Caloría (cal)
► Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua de 14,5 °C a 15,5 °C a la presión de 1 atmósfera (Presión normal).
Sistema de Sistema de MedidaMedida
•Sistema Técnico
•Sistema Internacional
(S.I.) •Sistema C.G.S.
Unidad de Unidad de MedidaMedida
•Kilográmetro(Kgm)
•Joule (J)•Ergio (erg)
Unidades de Cantidad de Calor
Las unidades de cantidad de calor (Q) son las mismas unidades de trabajo (T).
Relación entre unidades
1 kgm = 9,8 J1 kgm = 9,8 J
1 J = 101 J = 1077 erg erg
1 kgm = 9,8.101 kgm = 9,8.1077 ergerg
1 cal = 4,186 J1 cal = 4,186 J
1 kcal = 1000 (10³) 1 kcal = 1000 (10³) cal cal
1 BTU = 252 cal1 BTU = 252 cal
Q
Equivalente mecánico del calorEquivalente mecánico del calor
W Q
1 cal = 4,186 joule
El trabajo que realizan las paletas se transforma en calor
En el experimento de Joule se determina la relación entre la unidad de energía joule y la
unidad de calor caloría.
Capacidad calorífica y Calor Capacidad calorífica y Calor
específicoespecífico
Es el calor que debe recibir una sustancia para que aumente su temperatura 1 ºC.
Capacidad calorífica Capacidad calorífica (C)(C)
Por lo tanto si una cantidad de calor Q produce un cambio en la temperatura de una sustancia se tiene:
Unidad : [c] = cal / °C
C agua = 1 cal/g.°C C hierro = 0,114 cal/g.°C
C hielo = 0,5 cal/g.°C C latón = 0,094 cal/g.°C
C aire = 0,24 cal/g.°C C mercurio = 0,033 cal/g.°C
C aluminio = 0,217 cal/g.°C C cobre = 0,092 cal/g.°C
C plomo = 0,03 cal/g.°C C plata = 0,056 cal/g.°C
Calor específico (c)Calor específico (c) Es la razón entre la capacidad calorífica (C) de un cuerpo y la masa (m) de dicho cuerpo.
Unidad : [c] = cal / g °C
•m es la masa de la sustancia en
gramos.
Formas de transformación Formas de transformación del calordel calor
Conducción Convección Radiación
Es típica en los sólidos. Es típica de líquidos y gases.
Se presenta en todos los estados físicos.
Es la transferencia de calor que tiene
lugar por transmisión de
Energía de unas partículas a otras,
sin desplazamiento de éstas.
Es la transferencia de calor que tiene
lugar mediante el movimiento de las partículas de un
fluido. El transporte es efectuado por
moléculas de aire.
Es la transferencia de calor mediante
ondas electromagnéticas sin intervención de partículas que lo
transporte.
Efectos del Efectos del CalorCalor
1º.- Cambios de Estado
Fusión Vaporización
Sublimación
Solidificación
Licuefacción
Sublimación
Cambios progresivos ()
Absorven Q
Cambios regresivos ()
Desprenden Q
FusiónFusión VaporizaciónVaporizaciónCambio de estado : Sólido a
líquidoCambio de estado : Líquido a gas
El calor absorbido por un cuerpo en la fusión es igual al calor cedido por éste en la solidificación.
El calor absorbido por un cuerpo en la vaporización es igual al calor cedido por éste en la condensación.
Punto de fusión: Temperatura en la que se produce la fusión (en el agua :0 ºC).
Punto de ebullición: Temperatura en la que se produce la ebullición (en el agua:100º C).
Mientras se produce el cambio de estado, los puntos de fusión y ebullición son cte.
Calor latente de fusión: Cantidad de calor por unidad de masa que ha de suministrarse a una sustancia a su temperatura de fusión para convertirla completamente en líquido
Calor latente de vaporización : Cantidad de calor por unidad de masa que ha de suministrarse a una sustancia a su temperatura de ebullición para convertirla completamente en gas.
Agua :
Lf = 3.34 105 J/kg Lf = 79.6 cal/g
Lv = 2.256 106 J/kg
Lv = 539 cal/g
Q = mLf
Q = mLv
Calor Calor latentelatenteCalor latente de cambio de estado L: Es la cantidad de calor
que necesita una unidad de masa de una sustancia para cambiar de estado. Se mide en J/Kg o bien en cal/gr.
Q= m x L
El calor de fusión y vaporización solo se emplean en el cambio de estado, no en
aumentar la Temperatura.
100
0
-25
Fase gaseosa
Punto de ebulliciónFase líquida
Fase sólida
Punto de fusión
T (°C)
Tiempo
2º2º.- .- DilataciónDilatación Es el fenómeno por el que los cuerpos Es el fenómeno por el que los cuerpos experimentan una variación de volumen al experimentan una variación de volumen al
modificar su temperatura.modificar su temperatura.
Dilatación Dilatación LinealLineal
L = Longitud finalLo = Longitud inicial£ = Coeficiente de Dilatación LínealAt = incremento de temperatura = (tf - to)
Coeficiente de Coeficiente de dilatación linealdilatación lineal
Dilatación SuperficialDilatación SuperficialS = Superficie final
So = Superficie inicialß = Coeficiente de Dilatación
Superficial At = Incremento de temperatura =
(tf - to)
Coeficiente de Coeficiente de dilatación superficialdilatación superficial
Dilatación Dilatación CúbicaCúbica
V = Volumen finalVo = Volumen inicialy = Coeficiente de Dilatación CúbicaAt = Incremento de temperatura = (tf - to)
Coeficiente de dilatación Coeficiente de dilatación cúbicacúbica
1 • Se define temperatura como la propiedad común a los cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico
TemperatuTemperaturara
Equilibrio térmico
Cuando dos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en contacto,
al cabo decierto tiempo se acaban igualando sus temperaturas. Se dice que ha logrado el
equilibrio térmico.
• Sea la temperatura del cuerpo caliente t 1, su masa m 1 y su calor específico c 1
•Sea la temperatura del cuerpo frío t 2, su masa m 2 y su calor específico c 2
•Sea t m la temperatura final de equilibrio
Como Q cedido = Q absorbido
m 1 · c 1 · (t 1 - t m) = m 2 · c 2 · (t m - t 2)
2• La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.
3• Se mide con los termómetros
4• El termómetro alcanza el equilibrio térmico con la muestra y nos indica la temperatura de la misma
Escalas Termométricas
Escala Celsius (ºC)
• Establecido por Anders Celsius en 1741
• Utiliza dos temperaturas de referencia que se llaman
puntos fijos
• Se divide el intervalo en 100 partes ( 1 ºC )
Escala Fahrenheits (ºF)
• Utilizada en el mundo anglosajón y emplea los
mismos puntos fijos que la escala centígrada pero los marca con los números 32 (fusión) y 212 (ebullición), dividiendo el intervalo en
180 partes (1 ºF)
Escala Kelvin (ºK)
• Propuesta por Lord Kelvin en 1854. Es la llamada escala de temperaturas
absolutas. Sitúa el 0ºK en la temperatura a la que las moléculas de
un cuerpo, no poseen
Otra escala termométrica. Relación entre escalas
• Escala Réaumur (º R)Establecida por René Antoine Réaumur, físico y naturalista francés que en 1730 popularizó el termómetro de alcohol con una escala 0 – 80, que dando la escala dividida en 80 partes ( 1 ºR )
•Relación entre escalas
CalorímetroCalorímetro
• Es un recipiente térmicamente aislado para evitar la fuga del calor
• Se utiliza para determinar el calor especifico de un solidó o liquido cualquiera
Por el Principio de Regnault
Sean:• Q1, el calor cedido por un objeto• Q2 el calor absorbido por otro objeto • Q3 el calor absorbido por el calorímetro Se cumple:
Q1 = Q2 + Q3.
Línea de Tiempo
1592
Galileo diseña el primer termómetro
El Duque de Toscana, construye el termómetro de bulbo de alcohol con capilar sellado
1641
Fahrenheit construyó e introdujo el termómetro de mercurio con bulbo
1717
1740
1765
Celsius, propuso los puntos de fusión y ebullición del agua al nivel del mar (P=1 atm) como puntos fijos y una división de la escala en 100 partes (grados).
Joseph Black introdujo los
conceptos de calor específico y de calor latente de
cambio de estado.
1769
Se asentaron las bases para utilizar las máquinas de vapor para mover maquinaria industrial, para el transporte marítimo y terrestre. Watt ideó la separación entre el expansor y el condensador y a partir de entonces empezó la fabricación a nivel industrial.
B. Thompson (conde Rumford) rebatió la teoría del calórico de Black diciendo que se podía generar continuamente calor por fricción, en contra de lo afirmado por dicha teoría.
1798
Con los concluyentes experimentos de Mayer y Joule, se establece que el calor es una forma de energía. Establecen una correspondencia entre la energía mecánica y el calor.
1842
Se adopta la temperatura del punto triple del agua como
único punto fijo para la definición de la escala absoluta de temperaturas y se conservó la separación centígrada de la
escala Celsius.
1967
Calor y TemperaturaCalor y Temperatura
CALOR: Energía que fluye de un cuerpo a otro
TEMPERATURA: Es una medida que indica desde y hacia donde fluirá el calor
TERMÓMETROS: Están basados en las propiedades físicas de los objetos que pueden cambiar con la temperatura:
• Volumen de un líquido• Longitud de un sólido• Presión de un gas• Resistencia eléctrica de un sólido• Diferencia de potencial eléctrico entre dos sólidos.
Objetos en contacto intercambiarán calor hasta alcanzar
el equilibrio térmico (igual temperatura)
La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un
cuerpo es proporcional a su masa.
Principios de la Calorimetría
Primer Principio
Segundo Principio
La cantidad de calor que se necesita para elevar la
temperatura de un cuerpo desde un valor A
hasta un valor B es igual a la cantidad de calor que el
cuerpo cede cuando su temperatura desciende
de B a A.
A B
Q1
Q2
Energía Energía TérmicaTérmica
• Es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos.
• La cantidad de energía térmica recibe el nombre de calor
Calor y TrabajoCalor y TrabajoCALOR TRABAJO
Existe equilibrio cuando la presión del gas sobre el
embolo coincide con la presión del embolo sobre el gas
Si la presión anterior aumenta, el émbolo se
elevará, obteniéndose un trabajo de expansión.
Máquinas Térmicas
Son dispositivos capaces de llevar a
cabo la transformación del
calor en trabajo mecánico .
En todas las máquinas térmicas el sistema absorbe calor de un foco caliente; parte de él lo transforma en trabajo y el resto lo cede al medio exterior que se encuentra a menor temperatura
El rozamiento transforma la
energia cinética en calor.
Suministrando calor al cuerpo no
conseguimos que este se mueva.
Rendimiento de las Rendimiento de las máquinasmáquinas
Se llama rendimiento de una maquina térmica al cociente entre el trabajo realizado y el calor recibido
del foco caliente.
El rendimiento solo depende de las temperaturas T1 y T2.
Ley fundamental de la Ley fundamental de la calorimetríacalorimetría
Un sistema aislado compuesto por n cuerpos, a diferentes
temperaturas, evoluciona espontáneamente hacia un estado de equilibrio en el que todos los
cuerpos tienen la misma temperatura. Los calores
intercambiados sumados con sus signos dan cero
Σ Qi = 0
► Q... cantidad de calor► m... masa del cuerpo► c... calor específico del cuerpo► Δt... variación de temperatura
Ecuación fundamental de Ecuación fundamental de la calorimetríala calorimetría
¿De qué factores depende la cantidad de calor que puede transferirse a un cuerpo?
•De la masa,•Del tipo de sustancia,
•De la diferencia de temperaturas, ,T m c
Q = m c T
¿Qué cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre cuya masa es 0.025 g si se encuentra a una temperatura de 8ºC y se desea que alcance una
temperatura final de 20ºC? [ce = 0,093cal ]
Q = m c T
Q = 27,9 calorías
Q = 25 g x 0.093 cal x 12º
Q = 25 g x 0.093 cal x (20º - 8º )
0.025 Kg. = 25 g
La temperatura de la superficie del Sol es de unos 6000 ºK . Exprésese esa temperatura en la escala Fahrenheit
32T95
T FC
932T
5T FC
273,16TT KC
Fº10340,33 255,37T59
T KF
Un trozo de hielo de 10 [gr] y temperatura –10 [ºC] se introducen en 1,5 [Kg] de agua a 75 [ºC]. Determine la
temperatura final de la mezcla. Cgrcalchielo º45,0 .80, grcalL hielofusión
Q1 + Q2 +Q3 + Q4 = 0
10)(0cm hielohielo fusiónhieloLm
0)(Tcm eaguahielo 75Tcm eaguaagua
.º94,73 CT e