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Calorimetra

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  • 1. Calorimetría
    Rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos de intercambio de calor
  • 2. Calor
    Es la transferencia de energía entre la materia como resultado de las diferencias en la temperatura.
    Energía
    T1
    T2
    T1 > T2
  • 3. Unidad del Calor : 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).
    Relación entre unidades
    Unidades de Cantidad de Calor
    Las unidades de cantidad de calor (Q) son las mismas unidades de trabajo (T).
  • 4. Equivalente mecánico del calor
    En el experimento de Joule se determina la relación entre la unidad de energía joule y la unidad de calor caloría.
    El trabajo que realizan las paletas se transforma en calor
    1 cal = 4,186 joule
  • 5. Capacidad calorífica y Calor específico
    Capacidad calorífica (C)
    Es el calor que debe recibir una sustancia para que aumente su temperatura 1 ºC.
    Unidad : [c] = cal / °C
    Por lo tanto si una cantidad de calor Q produce un cambio en la temperatura de una sustancia se tiene:
  • 6. Es la razón entre la capacidad calorífica (C) de un cuerpo y la masa (m) de dicho cuerpo.
    Calor específico (c)
    Unidad : [c] = cal / g °C
    •m es la masa de la sustancia en gramos.
  • 7. Formas de transformación del calor
  • 8. Efectos del Calor
    1º.- Cambios de Estado
    Sublimación
    Vaporización
    Fusión
    Solidificación
    Licuefacción
    Sublimación
    Cambios progresivos ()
    Absorven Q
    Cambios regresivos ()
    Desprenden Q
  • 9. Q = mLf
    Q = mLv
    Agua :
    Lf = 3.34 105 J/kg
    Lf = 79.6 cal/g
    Lv = 2.256 106 J/kg
    Lv = 539 cal/g
  • 10. Calor latente
    Calor 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
    T (°C)
    Fase gaseosa
    100
    Punto de ebullición
    Fase líquida
    Punto de fusión
    0
    Fase sólida
    -25
    Tiempo
    El calor de fusión y vaporización solo se emplean en el cambio de estado, no en aumentar la Temperatura.
  • 11. 2º.- Dilatación
    Es el fenómeno por el que los cuerpos experimentan una variación de volumen al modificar su temperatura.
    Dilatación Lineal
    L = Longitud final
    Lo = Longitud inicial
    £ = Coeficiente de Dilatación Líneal
    At = incremento de temperatura = (tf - to)
    Coeficiente de dilatación lineal
  • 12. Dilatación Superficial
    S = Superficie final
    So = Superficie inicial
    ß = Coeficiente de Dilatación Superficial
    At = Incremento de temperatura = (tf - to)
    Coeficiente de dilatación superficial
    Dilatación Cúbica
    Coeficiente de dilatación cúbica
    V = Volumen final
    Vo = Volumen inicial
    y = Coeficiente de Dilatación Cúbica
    At = Incremento de temperatura = (tf - to)
  • 13. Temperatura
    1 • Se define temperatura como la propiedad común a los cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico
  • 14. 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)
  • 15. 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
  • 16. Escalas Termométricas
    Escala Fahrenheits (ºF)
    Escala Celsius (ºC)
    • 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)
    • 17. Establecido por Anders Celsius en 1741
    • 18. Utiliza dos temperaturas de referencia que se llaman puntos fijos
    • 19. Se divide el intervalo en 100 partes ( 1 ºC )
    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
  • Calorímetro
    • 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.
  • 20. Línea de Tiempo
    El Duque de Toscana, construye el termómetro de bulbo de alcohol con capilar sellado
    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).
    1641
    1740
    1717
    1592
    1765
    Fahrenheit construyó e introdujo el termómetro de mercurio con bulbo
    Galileo diseña el primer termómetro
    Joseph Black introdujo los conceptos de calor específico y de calor latente de cambio de estado.
  • 21. 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.
    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.
    1769
    1842
    1967
    1798
    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.
    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.
  • 22. Calor y Temperatura
    Objetos en contacto intercambiarán calor hasta alcanzar
    el equilibrio térmico (igual temperatura)
    CALOR: Energíaque 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
    • 23. Longitud de un sólido
    • 24. Presión de un gas
    • 25. Resistencia eléctrica de un sólido
    • 26. Diferencia de potencial eléctrico entre dos sólidos.
  • Q1
    A
    B
    Q2
    Principios de la Calorimetría
    Primer Principio
    La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un cuerpo es proporcional a su masa.
    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.
  • 27. Energía Térmica
    • Es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos.
    • La cantidad de energía térmica recibe el nombre de calor
  • 28. Calor y Trabajo
    CALOR
    TRABAJO
  • 29. 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.
  • 30. 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
  • 31. Rendimiento de las máquinas
    Se llama rendimiento de una maquina térmica al cociente entre el trabajo realizado y el calor recibido del foco caliente.
    El rozamiento transforma la energia cinética en calor.
    El rendimiento solo depende de las temperaturas T1 y T2.
    Suministrando calor al cuerpo no conseguimos que este se mueva.
  • 32. Ley fundamental de la calorimetría
    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
  • 33. ¿De qué factores depende la cantidad de calor que puede transferirse a un cuerpo?
    • De la masa,
    • 34. Del tipo de sustancia,
    • 35. De la diferencia de temperaturas
    Ecuación fundamental de la calorimetría
    D Q = m c D T
    Q... cantidad de calor
    m... masa del cuerpo
    c... calor específico del cuerpo
    Δt... variación de temperatura
  • 36. ¿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 ]
    D Q = m c D T
    Q = 25 g x 0.093 cal x (20º - 8º )
    0.025 Kg. = 25 g
    Q = 25 g x 0.093 cal x 12º
    Q = 27,9 calorías
  • 37.
    • La temperatura de la superficie del Sol es de unos 6000 ºK . Exprésese esa temperatura en la escala Fahrenheit
    • 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.
    Q1 + Q2 +Q3 + Q4 = 0

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