Calorimetria 1

Clase 18-7

CALOR Y TEMPERATURA

TEMPERATURA

La temperatura es una medida de “la energía cinética media de las moléculas” del sistema, definición que sirve tanto para gases, líquidos y sólidos. Las moléculas de una sustancia no están en reposo, por lo tanto cada molécula tiene una velocidad y su correspondiente energía cinética. La velocidad de las moléculas va variando constantemente, y no es la misma para cada una de ellas; algunas se mueven rápidamente y otras mas despacio.  

CALOR

El calor es la transferencia de energía cuando ponemos en contacto dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura. En estos casos hay un flujo espontáneo de energía del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura. A la cantidad de energía que se transfiere se la denomina calor (Q). Esta transferencia de energía cesa cuando se igualan las temperaturas de los cuerpos.

Cuando un cuerpo recibe esta transferencia de energía decimos que el cuerpo absorbe calor y por convención consideramos que el calor recibido es positivo (+Q), mientras que cuando entrega esta energía decimos que libera calor tomándolo como negativo (-Q). Cuando un cuerpo absorbe calor, esa energía deja de ser calor para transformarse en energía. Este aumento de energía se reparte entre las moléculas produciendo que se muevan más rápidamente, es decir que las moléculas tengan en promedio mayor energía cinética y por lo tanto mayor temperatura el cuerpo; o bien utiliza esa energía para modificar las fuerzas entre las moléculas y producir un cambio de estado (por ejemplo pasar del estado sólido al líquido).

Como el calor es una forma de energía obviamente tienen las mismas unidades. Por una razón histórica el calor comúnmente se lo mide en calorías y la equivalencia con el Joule es:

CANTIDAD DE CALOR

La cantidad de calor (Q) necesaria para aumentar (o disminuir) la temperatura de un cuerpo depende de la diferencia de temperatura, la masa del cuerpo y el calor específico (c_e), siendo esta magnitud una característica de cada sustancia (y de su estado de agregación):

Q=m ce . (Tf-To)

Que el calor específico del agua sea de 1cal/g°C significa que para aumentar en 1 °C, la temperatura de 1 gramo de agua líquida debemos entregarle 1 caloría. Notemos que el calor específico del agua es alto comparándolo con otras sustancias, es decir que para producir la misma variación de temperatura necesito entregarle más calorías. Si le entregamos la misma cantidad de calor a, por ejemplo, 100 gramos de agua y 100 gramos de cobre, en el cobre la variación de temperatura será 10 veces mayor que la del agua. Este hecho tiene importantes consecuencias, como por ejemplo, posibilitar que el agua intracelular actúe como regulador térmico.

Ejemplo1:

Calcular la cantidad de calor necesaria para llevar de 15⁰C a 50⁰C la temperatura de 20 gramos de agua.

Q = 20 g . 1 cal/C g (50°c-15°C) = 700 cal

Mencionemos que si sobre el cuerpo realizo el proceso inverso, de 50⁰C a 15⁰C, DT es de –35 ºC y por lo tanto Q es negativo, que esta de acuerdo con la convención utilizada de ser negativo si el cuerpo libera calor.

Tabla del calor específico de algunas sustancias

C agua = 1 cal/g.°C C hielo = 0,5 cal/g.°C C aire = 0,24 cal/g.°C C aluminio = 0,217 cal/g.°C C plomo = 0,03 cal/g.°C

C hierro = 0,114 cal/g.°C C latón = 0,094 cal/g.°C C mercurio = 0,033 cal/g.°C C cobre = 0,092 cal/g.°C C plata = 0,056 cal/g.°C

Calorimetría - Problemas

1 –  Calcula el calor que hay que suministrar a un anillo de 5 gramos de aluminio  para elevar su temperatura de 15 º C a 25 º C. Dato: C _aluminio = 0,217 cal/g.°C

2- Para calentar 800 g de una sustancia de 0 °C a 60° °C fueron necesarias 4.000 cal. Determine el calor específico.

3- Para calentar 2.000 g de una sustancia desde 10 °C hasta 80° °C fueron necesarias 12.000 cal. Determine el calor específico.

4- ¿Cuál es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 200 g de cobre de 10 °C a 80 °C?. Considere el calor específico del cobre igual a 0,093 cal /g °C.

5- Considere un bloque de cobre de masa igual a 500 g a la temperatura de 20 °C. Siendo: c _cobre = 0,093 cal /g °C. Determine: a) la cantidad de calor que se debe ceder al bloque para que su temperatura aumente de 20 °C a 60 °C y

b) ¿cuál será su temperatura cuando sean cedidas al bloque 10.000 cal?

6- Un bloque de 300 g de hierro se encuentra a 100 °C. ¿Cuál será su temperatura cuando se retiren de él 2.000 cal? Sabiendo que: c _hierro = 0,11 cal /g °C.

7- Sean 400 g de hierro a la temperatura de 8 °C. Determine su temperatura después de haber cedido 1.000 cal. Sabiendo que: c _hierro = 0,11 cal /g °C.

8- Para calentar 600 g de una sustancia de 10 °C a 50 °C fueron necesarias 2.000 cal. Determine el calor específico.

9- ¿Cuál es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 300 g de cobre de 20 °C a 60 °C?. Siendo: c _cobre = 0,093 cal /g °C.

10- Sea 200 g de hierro a la temperatura de 12 °C. Determine su temperatura después de haber cedido 500 cal. Siendo: c _hierro = 0,11 cal /g °C.

11- Suministrando una energía de 2,4 cal a un bloque de una aleación de aluminio de 5 g; su temperatura varía de 20 °C a 22 °C. Determine el calor específico de este material.

12 - La cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de 300 gramos de agua de 0 ºC a 100 ºC es:

A) 30 kilocalorias                   B) 300 calorías           C) 30 calorías             D) 6 kilocalorias

13- Un dispositivo térmico transfiere 16 028 cal de energía a 4,3 kg de agua. Calcula la variación de temperatura que sufre el agua. Dato: Ce (agua)= 1 cal/g°C

14-Calcular la variación de temperatura que experimentan bloques de 10 gramo de agua, plomo, plata, aluminio, hierro y cobre, al recibir 1000 cal de calor.

C _hierro = 0,114 cal/g.°C

C _cobre = 0,092 cal/g.°C

C _plata = 0,056 cal/g.°C

C _aluminio = 0,217 cal/g.°C

C _plomo = 0,03 cal/g.°C

C _agua = 1 cal/g.°C