Lic. Lorenzo Minaya Zavaleta

¿Por qué si nos bañamos en agua a 25ºC tenemos sensación de frío, mientras que el aire a la misma

temperatura nos da sensación de calor?

CALORIMETRÍA Y EQUILIBRIO TÉRMICO

Cifras y letras sobre el calor

. Nuestra temperatura interna es de 37ºC; la de la piel sólo 33,5ºC.· El ejercicio físico intenso en verano puede aumentar nuestra temperatura interna a 40ºC.· Cuando la humedad ambiental es superior al 60% y la temperatura ambiente mayor de 32ºC, el sudor no puede evaporarse.· Las mujeres empiezan a sudar 2ºC más tarde que los hombres, porque su temperatura interna es más alta que la del hombre.· Cuando la temperatura de la piel es menor de 32ºC, el viento disminuye la sensación térmica. Si supera los 32ºC, la aumenta.

Es una forma de energía de los cuerpos, que resulta de la vibración molecular. También se determina como energía de tránsito, eso quiere decir que el calor no se puede almacenar y solo existe mientras haya una diferencia de temperaturas.

CALOR

UNIDADES TÉRMICAS

CALORÍALa cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada de 14,5ºC a 15,5ºC a una presión estándar de una atmósfera. La kilocaloría (símbolo kcal) es igual a 1000 cal.

Una caloría es equivalente a 4,1868 J.

Otras medidas de energía son:El julio, su equivalencia es 1 J = 0,239 calorías La termia es igual a 106 calorías. Esto es, 1 termia = 1 megacaloría (Mcal) La Teracaloria es igual a 1012 calorías. Esto es, 1 Tcal = 106 Mcal.

La cantidad de energía calorífica que se debe dar o quitar a una libra de agua para variar su temperatura en 1ºF.

Su equivalencia es:

1 BTU : 252 cal

Es la unidad de medida del calor en el S.I.

Su equivalencia es:

1 Joule : 0,24 cal ; 1 cal = 4,2 Joule

UNIDAD TÉRMICA BRITÁNICA (BTU)

JOULE

Se llama así a la cantidad de calor que se necesita una sustancia para elevar su temperatura en un grado.Matemáticamente se obtiene dividiendo el calor suministrado “Q” entre la variación de la temperatura “ΔT” que le produce.

ΔT

QC

Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la temperatura de un cuerpo aumenta cuando se le aporta energía en forma de calor. El cociente entre la energía calorífica Q de un cuerpo y el incremento de temperatura T obtenido recibe el nombre de capacidad calorífica del cuerpo, que se expresa como:

CAPACIDAD CALORÍFICA DE UNA SUSTANCIA ( C )

Es una propiedad de cada sustancia, ésta definida como el coeficiente de la capacidad calorífica entre la masa de la sustancia. Tiene por unidades a :

cal/gºC

TmCeQ

Tm

Q

..

m

CCe

CALOR ESPECÍFICO DE UNA SUSTANCIA ( Ce )

El valor de la capacidad calorífica por unidad de masa se conoce como calor específico.

En términos matemáticos, esta relación se expresa como:

donde c es el calor específico del cuerpo, m su masa, C la capacidad calorífica, Q el calor aportado y DT el incremento de temperatura.

El calor específico es característico para cada sustancia y, en el Sistema Internacional, se mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kg·K)). A título de ejemplo, el calor específico del agua es igual a:

Del estudio del calor específico del agua se obtuvo, históricamente, el valor del equivalente mecánico del calor, ya que:

SIGINIFICADO FÍSICO

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que gana o pierde dicha sustancia por cada unidad de masa para cambiar su temperatura en 1 grado. Veamos:

El calor específico del agua es: 1 cal/gºC

El calor específico del hielo es: 0,5 cal/gºC

El calor específico del vapor de agua es: 0,5 cal/gºC

Se llama también CALOR SENSIBLE. Es la cantidad de calor que gana o pierde un cuerpo al ponerse en contacto con otro cuerpo o “sistema” de diferente temperatura.

Si un cuerpo se pone en contacto con el ambiente se puede afirmar que el cuerpo gana calor si su temperatura es menor que la del ambiente; pero si su temperatura es mayor que la del ambiente, pierde calor.

TmCeQ ..

CANTIDAD DE CALOR PARA CUERPOS QUE NO

CAMBIAN DE FASE( C )

Cuando se ponen en contacto dos cuerpos con temperaturas diferentes, las moléculas que se encuentran en la frontera entre ambos experimentan colisiones hasta que las temperaturas respectivas de los cuerpos se equiparan. Finalmente, se alcanza una situación de equilibrio térmico, que resulta de gran utilidad en los procedimientos de medición de las temperaturas.

EQUILIBRIO TÉRMICO

Entonces la fórmula para hallar esta temperatura ¿será?………m1 . Ce1 . (T – T1) + m2 . Ce2 (T – T2) = 0

1 2 3

Con la cantidad de calor transferido entre dos cuerpos podemos determinar la temperatura final que se alcanza cuando se mezclan dos sustancias con temperaturas diferentes. Dicha temperatura final recibe el nombre de TEMPERATURA DE EQUILIBRIOComo se ve en la figura 3.

Si dos o más cuerpos a diferentes temperaturas entran en contacto, el calor se transfiere de los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta que el instante en que todos alcancen el equilibrio térmico.Además, el calor ganado por los cuerpos fríos debe ser igual al calor perdido por los cuerpos calientes.

calientesCuerposfríosCuerpos

perdidoQ

ganadoQ

PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA CALORIMETRÍA

TEMPERATURA DE EQUILIBRIO DE UNA MEZCLATEMPERATURA FINAL

AL MEZCLAR DOS CUERPOS DE DISTINTA TEMPERATURA QUE NO REACCIONAN QUÍMICAMENTE ENTRE SÍ, LA MEZCLA ADQUIERE UNA TEMPERATURA COMÚN COMPREMNDIDA ENTRE LA MENOR Y LA MAYOR; ADEMÁS, LA CANTIDAD DE CALOR CEDIDA POR EL CUERPO CALIENTE ES IGUAL AL CALOR ABSORBIDO POR EL CUERPO FRÍO ES DECIR:

calientesCuerposfríosCuerpos

perdidoQ

ganadoQ

2211

222111

mCemCetmCetmCe

fT

PRINCIPIO DE MEZCLAS DE REGNAULT

Es parte de la termodinámica que se encarga de las mediciones del calor en una reacción química o un cambio físico, utilizando instrumentos de medición que se denominan CALORÍMETROS (que cumple

con el principio de las mezclas).

CALORIMETRÍA

CALORIMETRO Presión constante

Es un dispositivo físico que permite medir el calor específico de una sustancia determinada.

CALORIMETRO

BOMBA CALORIMETRICA

Volumen constante

¿UN HIELO QUE ARDE?

Sí, aunque no lo creas existe y se llama hidrato de metano, tiene la apariencia de un cubo de hielo de color gris, si se le acerca un cerillo encendido empezará a arder. Las bacterias del sedimento del fondo de los océanos consumen materia orgánica y generan metano gaseoso que en condiciones de alta presión y baja temperatura forma el hidrato de metano. Se cree que hace 10,000 años a medida que se fundió el casquete polar aumentó el nivel de agua en los océanos sumergiendo las zonas árticas ricas en depósitos de hidratos.

El agua de los océanos más o menos caliente, debió de haber fundido los hidratos, con lo que se puede haber liberado grandes cantidades de metano a la atmósfera (gas responsable del efecto de invernadero), acelerando el final de la era glacial, puesto que se condujo al Calentamiento Global.

Por otro lado si se sigue aumentando los niveles de CO2 (también los CFC y el metano) en la atmósfera, en aproximadamente el 25% la temperatura promedio de la tierra aumentará alrededor de 1 a 3 º C en el presente siglo, aunque parezca insignificante esta variación de temperatura es suficiente como para alterar el delicado balance térmico de la tierra.

SABÍAS QUE SI EN LA ATMÓSFERA NO HUBIERA DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) ¡LA TIERRA SERÍA UNOS 30ºC MÁS FRÍA! ¿HABRÍA VIDA EN LA TIERRA?.........¿TÚ QUÉ PIENSAS?

¿CÓMO OCURRE EL PATINAJE SOBRE HIELO?

Sabías que la presión ejercida por el patinador en el hielo disminuye su punto de fusión, y la película de agua formada bajo las navajas de los patines actúa como lubricante entre éstos y el hielo lo que permite su fácil deslizamiento sobre el hielo. Explicado por el Equilibrio hielo-agua.La pendiente negativa de la curva sólido-líquido significa que el punto de fusión del hielo disminuye con el aumento en la presión externa.

¿CÓMO SE PRODUCE EL COCIMIENTO DEL HUEVO EN LA CIMA DE UNA MONTAÑA?

Suponiendo que se encuentre en la cima del Pico Pike (colorado Estados Unidos) a una altura de 14 000 pies sobre el nivel del mar, a esta altitud la presión atmosférica es de 0,6 atm, así que para recuperar parte de las fuerzas usted decide hervir un huevo y ¡Oh…! Se da cuenta que el agua hierve a 86ºC, entonces usted procede a romper el cascarón y se da con la sorpresa de que aún no coció. ¿Qué sucede? Lo que en realidad cuece al huevo no es la acción de hervir, sino la cantidad de calor suministrada, la cantidad de calor generado es proporcional a la temperatura del agua. Tal vez usted podría esperar 30 min. para cocer un huevo en ese lugar.

¿POR QUÉ LOS LAGOS SE CONGELAN DESDE LA SUPERFICIE HACIA EL FONDO?

Aunque no lo creas este proceso tiene un gran valor ecológico.Por ejemplo, si consideramos los cambios de temperatura de un lago en un clima frío, a medida que la temperatura del agua cercana a la superficie disminuye, aumenta su densidad. El agua más fría se va hacia el fondo, el agua más tibia que es menos densa se va a la superficie. Este movimiento de CONVECCIÓN continua hasta que la temperatura llega a 4ºC aprox.Cuando la temperatura desciende por debajo de este valor, la densidad del agua comienza a disminuir de modo que el agua no se va al fondo.El agua de la superficie con mayor enfriamiento comienza a congelar, el hielo formado no se hunde porque es menos denso que el líquido constituyéndose en un aislante térmico que favorece la vida debajo de él.