Calorimetra

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Calorimetra

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

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