Calor Especifico

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ACATLÁN

DIVISIÓN DE MATEMÁTICAS E INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL

DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE DIVERSAS

SUSTANCIAS

1 Objetivos

1.1 Objetivo general

Mediante un balance de energía determinar el calor específico de diferentes muestras de líquidos y sólidos, empleando un calorímetro de doble pared (llamado también calorímetro simple de agua).

1.2 Objetivos específicos

1.2.1 Deducir a partir del concepto de capacidad calorífica la ecuación de calor absorbido o cedido por una sustancia líquida o sólida.

1.2.2 Describir las características de un calorímetro de doble pared.

1.3.3 Mediante un balance de energía aplicar la ecuación de calor para hallar el calor específico de diversas sustancias líquidas y sólidas.

2 Marco teórico

2.1 Termometría

En la antigüedad se tenía la creencia de que el calor era una sustancia y así lo señalaron los sabios de la Grecia antigua con los cuatro elementos aristotélicos: aire, agua, tierra y fuego, con los cuales consideraban constituidos todos los cuerpos; la dilatación de dichos cuerpos la explicaban por la adición de esta sustancia a la que llamaron “calórico”. Cuando se analiza el concepto de equilibrio térmico, se observa que si dos cuerpos con diferente temperatura se ponen en contacto, alcanzan luego de cierto tiempo, una misma temperatura. A principios del siglo XIX, los científicos explicaban este hecho suponiendo que todos los cuerpos contenían en su interior, una sustancia fluida, invisible y de masa nula, llamada calórico. Cuanto mayor fuese la temperatura de un cuerpo, tanto mayor sería la cantidad de calor en su interior. De acuerdo con este modelo, cuando dos cuerpos con distintas temperaturas se ponen en contacto, se produce una transmisión de calórico del cuerpo más caliente al más frío, ocasionando una disminución en la temperatura del primero y un incremento en la del segundo. Una vez que ambos cuerpos hubiesen alcanzado la misma temperatura, el flujo de calórico se interrumpiría y permanecería, a partir de ese momento, en equilibrio térmico.

La interpretación de calor bajo la hipótesis de la teoría del calórico, fue introducida por el alemán Wolf en 1721, y dio lugar a que en dicha época se le ponderara por el hecho de que los metales al ser calentados para convertirlos en cenizas, éstos resultaban aumentados de peso, ligando el hecho físico con la teoría del flogisto (principio que suponían los antiguos desprenderse de los cuerpos en la combustión) introducida en la Química en aquellos tiempos. La teoría del calórico se mantuvo durante algunos años, porque suministraba la explicación en forma sencilla de los fenómenos térmicos más comunes; pero no pudo explicar el fenómeno de la obtención del calor por medio del frotamiento, es decir, por el trabajo mecánico. Hacia fines del siglo XVIII, el conde de Rumford (Benjamín Thompson), basado en hechos experimentales, indicó que no encontraba una explicación en la teoría del calórico; pues notó en el arsenal militar de Munich, que en el barrenado de los tubos de los cañones, se calentaban éstos y las virutas, intensamente. Cuando el barrenado se efectuaba dentro del agua, ésta no se enfriaba sino al contrario, llegaba pronto a la ebullición, por lo que quedó descartado el suministro del calor por el medio que lo rodea. Rumford, de sus observaciones, consideró que el calor tenía su origen en el movimiento. A favor de esta apreciación concurre el experimento del químico H. Davy, quien por medio de un mecanismo de relojería, hizo frotar dos trozos de hielo en el vacío y a una temperatura de ambos se fundieron, suministrando agua a la temperatura de ; hecho inexplicable con la teoría del calórico. De los experimentos anteriores se concluyó que el calor es solamente movimiento; de la controversia entre estas dos teorías surgió la que en la actualidad se acepta y que supone que el calor tiene su origen en la energía cinética interna de las moléculas; el aumento de esta energía se manifiesta con la elevación de la temperatura del cuerpo.

2.2 Conceptos básicos de termodinámica

El estudio del calor, su transmisión y transformación en energía mecánica se denomina termodinámica, un término que procede de las raíces griegas que significan: “movimiento de calor”. La ciencia de la termodinámica se desarrolló a principios del siglo XVIII, antes de que se entendieran las teorías atómica y molecular de la materia. La termodinámica es una poderosa rama de la Física que prescinde del todo de los detalles moleculares de un sistema. Está basada en la conservación de la energía y en el hecho de que el calor fluye de lo caliente a lo frío y no en forma inversa. La termodinámica proporciona la teoría básica de las máquinas térmicas, desde las turbinas de vapor hasta los reactores de fusión y la teoría básica de los refrigeradores y bombas de calor.

La divulgación de estas ideas dio lugar a muchas discusiones entre los científicos del siglo XIX, algunos efectuaron experimentos que confirmaron las suposiciones de Rumford. Entre estos científicos debe destacarse a James P. Joule (1818-1889), cuyos famosos experimentos acabaron por establecer, definitivamente, que el calor es una forma de energía.

Actualmente se considera que cuando aumenta la temperatura de un cuerpo, la energía que posee en su interior, denominada energía interna, también aumenta. Si este cuerpo se pone en contacto con otro de más baja temperatura, habrá una transmisión o transferencia de energía del primero al segundo, energía que se denomina calor. Por lo tanto el concepto moderno del calor es el siguiente:

Calor es la energía que se transmite de un cuerpo a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperaturas entre ellos.

Debemos observar que el término calor sólo debe emplearse para designar a la energía en transición, es decir, la que se transfiere

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