CALORIMETRÍA

Ing. Luis David Narváez

CALOR

CANTIDAD DE CALORPodemos definir una unidad de cantidad de calor

con base en el cambio de temperatura de unmaterial específico. La caloría (abreviada cal) sedefine como la Cantidad de calor necesaria para

elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5 °C a15.5 °C. También se usa la kilocaloría (kcal), igual a

1000 cal

Una Btu es la cantidad de calor necesaria paraelevar la temperatura de una libra (peso) de agua 1

F°, de 63 °F a 64 °F

TEMPERATURA – EQUILIBRIO TÉRMICO

La interacción que causa cambios detemperatura es básicamente una

transferencia de energía de una sustancia aotra. La transferencia de energía que se da

exclusivamente por una diferencia detemperatura se denomina flujo de calor o

transferencia de calor, en tanto que laenergía así transferida se llama calor

CALOR

Se observa que la cantidad de calor Qnecesaria para elevar la temperatura deuna masa m de cierto material de T1 a T2 esaproximadamente proporcional al cambiode temperatura y a la masa m del material

Si son positivos, entra calor en el cuerpo y aumenta su temperatura;si son negativos, sale calor del cuerpo y disminuye su temperatura.

EJERCICIOSPadeciendo un cuadro de gripe, un hombre de 80kg tuvo una fiebre de 39.0 °C (102.2 °F), en vez dela temperatura normal de 37.0 °C (98.6 °F).Suponiendo que el cuerpo humano es agua en sumayoría, ¿cuánto calor se requirió para elevar sutemperatura esa cantidad?

Comer con resfriado, ayunarcon fiebre

CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR

A veces resulta más útil describir unacantidad de sustancia en términosdel número de moles n, en vez de lamasa m del material.

La masa total m de material es la masa por mol Mmultiplicada por el número de moles n:

El producto Mc se denomina capacidad caloríficamolar (o calor específico molar)y se denota con C

CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR

El agua tiene un calor específicomucho más alto que el vidrio y losmetales que se usan para hacerutensilios de cocina.Esto explica en parte por qué serequieren varios minutos para herviragua en una estufa, aunque elrecipiente alcanza una temperaturaalta con gran rapidez.

CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR

EJERCICIOSSuponga que quiere elevar la temperatura, de 20°C a 21 °C, en cada una de las siguientes muestras.Ordénelas de mayor a menor, según la cantidadde calor que se requiere para lograrlo.i) un kilogramo de mercurio; ii) un kilogramo deetanol; iii) un mol de mercurio; iv) un mol de etanol

Cantidad de Calor

CALORIMETRÍA – CAMBIO DE FASEUsamos el término fase para describir un estadoespecífico de la materia, como sólido, líquido o gas.

El calor requerido por unidad de masa se llama calorde fusión (o calor latente de fusión), denotado con Lf

Usamos el signo más (entra calor) cuando el materialse funde, y el signo menos (sale calor) cuando se

congela. El calor de fusión es diferente paradiferentes materiales, y también varía un poco con

la presión.

La temperatura de congelación es la misma que la defusión

Equilibrio de fases

Algo similar sucede con la ebullición oevaporación, una transición de fase entrelíquido y gas. El calor correspondiente(por unidad de masa) se llama calor devaporización Lv

CAMBIOS DE FASE DEL AGUA

CAMBIOS DE FASE DEL AGUA

Aunque el agua esté tibia y el día seacaluroso, estas niñas sentirán frío cuandosalgan de la alberca. Ello se debe a que,al evaporarse el agua de su piel, extraede su cuerpo el calor de vaporización

que necesita. Para mantenerse calientes,tendrán que secarse de inmediato.

EJERCICIOSEn el campo una geóloga bebe su café matutino deuna taza de aluminio. La taza tiene una masa de 0.120kg e inicialmente está a 20.0 °C cuando se vierte enella 0.300 kg de café que inicialmente estaba a 70.0°C. ¿A qué temperatura alcanzarán la taza y el café elequilibrio térmico? (Suponga que el calor específicodel café es el mismo del agua y que no hayintercambio de calor con el entorno.)

Cambio de temperatura sincambio de fase

EJERCICIOSUna estudiante de física desea enfriar 0.25 kg de DietOmni-Cola (casi pura agua), que está a 25 °C,agregándole hielo que está a 220 °C. ¿Cuánto hielodebería ella agregar para que la temperatura final sea0 °C con todo el hielo derretido, si puede despreciarsela capacidad calorífica del recipiente?

Cambios tanto de temperaturacomo de fase

EJERCICIOSUna olla gruesa de cobre con masa de 2.0 kg (incluidasu tapa) está a una temperatura de 150 °C. Ustedvierte en ella 0.10 kg de agua a 25 °C y rápidamentetapa la olla para que no se escape el vapor. Calculela temperatura final de la olla y de su contenido, ydetermine la fase (líquido o gas) del agua. Supongaque no se pierde calor al entorno.

¿Qué cocina?

EJERCICIOSEn cierta estufa de gasolina portátil, 30% de la energíaliberada al quemar el combustible calienta el agua de laolla en la estufa. Si calentamos 1.00 L (1.00 kg) de agua,de 20 °C a 100 °C, y evaporamos 0.25 kg de ella, ¿cuántagasolina habremos quemado en el proceso?

Combustión, cambiode temperatura ycambio de fase