Calorimetria

TEMA 3: CALORIMETRIA

Concepto de calor

El calor es una forma de energia que puede transformarse en otras y viceversa. Consideramos dos cuerpos A y B a temperatura T1 y T2 suponemos que T1 es mayor que T2. al poner en contacto los dos cuerpos la experiencia nos demuestra que pasa de A a B una cierta energia que denominamos calor. En este caso decimos que el calor pasa del cuerpo caliente al frio por conducción. Las moléculas del cuerpo caliente estan muy excitadas y tienen una gran energia de vibracion. Estas chocan con las vecinas mas lentas del cuerpo frio y comparten con ellas algo de su energia de movimiento por tanto la energia de movimiento termico se transmite de una molécula a la siguiente aunque cada molécula permanece en su posición original.

La unidad de calor es la caloria (cal) o tambien cal-gr que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 g de H2O, tambien se utiliza la Kcal que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 Kg de H2O.

Intercambios de calor

Experimentalmente se conoce que la energia calorifica absorbida o cedida por un cuerpo es proporcional a su masa(m) a la variación de temperatura que experimenta el cuerpo ( T) y tambien a la naturaleza del cuerpo.

Todo esto se relacionaria con la siguiente expresión:

Q=m c T

Que seria la cantidad de calor ganada o cedida por el cuerpo. En la formula c es el calor especifico del cuerpo es decir la cantidad de calor necesaria para incrementar 1ºC la temperatura de 1 g de dicha sustancia.

En general los calores especificos varian con al temperatura. En la practica se suelen dar valores medios o bien los calores especificos correspondientes a una temperatura de 20 ºC.

El agua es uno de los cuerpos con mayor calor especifico por esto su valor se toma como unidad definiendose la caloria como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 g de H2O desde 14.5ºC a 15.5 ºC por tanto el calor especifico del H2O es igual a 1 cal/gr ºC.

La relacion entre unidades de calor y trabajo se realizo midiendo la cantidad de trabajo W necesario para obtener una cantidad de calor Q. joule establecio la siguiente relacion entre trabajo y calor:

Wrealizado/Qproducido=cte=J

W=J Q

J es una constante denominada equivalente mecanico del calor y es la cantidad de trabajo que trasformado en calor produce 1 caloria. Experimentalmente se demuestra que

J=4.1855 J/cal

El inverso de J se denomina A que es el equivalente termico del trabajo.

A=1/J=1/4.1855=0.2389 calorias " 0.24 cal /J

Es decir 1 caloria= 4.18 J

1 J= 0.24 cal

en la formula anterior Q=m c T el producto de la masa por el calor especifico se denomina capacidad calorifica y es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un cuerpo aumente en 1ºC o en 1 K.

C= m c = capacidad calorifica

La unidad de la capacidad calorifica es la cal/grado o J/grado.

Cuando un cuerpo recibe energia calorifica su temperatura aumenta excepto cuando esta experimentando un cambio de estado fisico.

En este caso la temperatura constante mientras se realiza el cambio. El calor absorbido o cedido en estos casos se llama calor de transformación o calor de cambio de estado. En el caso de los gases es muy importante determinar en que condiciones de presion y de volumen reciben el calor. Se define por tanto dos tipos de calor especifico o presion constante Cp y a volumen constante Cv.

Tambien en lugar de la masa se utiliza el numero de moles

Qp= n cp T

Qv= n cv T

Calores especificos de los solidos

Sabemos que para un solido el calor especifico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g masa de dicho solido 1ºC. del estudio experimental de muchos solidos monoatomocios se deduce el calor atomico Q= M c = Patomico ce= 6.4. es decir el producto de la masa atomica por el calor especifico del solido vale aproximadamente 6.4 cal/atomo grado. Esta es la ley de Dulong y Petit. Por tanto el calor especifico de una sustancia es aproximadamente igual 6.4/Patomico "cte.

Estudiando el grafico poemos ver que esta ley es solamente

aproximada ya que no se cumple para el Cr y el C, sin

embargo para estos elementos el producto del peso

atomico por el calor especifico se aproxima a 6,

a medida que se eleva la temperatura, esto que parece

una excepcion es un hecho general ya que los calores

atomicos de los solidos varian con la temperatura teniendo

a 6 a temperaturas elevadas y anulandose en las

proximidades del 0 absoluto, la ley de Dulong y Petit

es por tanto una ley limite y las discrepancias con los

datos experimentales son mayores a medida que las temperaturas disminuyen. Esto es inexplicable según la fisica clasica si se explican mediante los conceptos de la fisica cuantica establecidos por Planck.

Calorimetria

Es

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