Calorimetro

10. CALOR Y ELABORACIÓN DE UN CALORÍMETRO

Propósito

Que el alumno comprenda el concepto de calor a través de: la ley de enfriamiento de Joule, reconozca las formas de transmisión del calor, establezca la equivalencia entre trabajo mecánico y la energía calorífica.

Introducción

Entendemos al calor como una forma de energía en tránsito, esta energía puede medirse con un calorímetro y la unidad que se considera es el Joule en el SIU para lo cual debemos tomar en cuenta la masa de las sustancias involucradas, su capacidad térmica específica y la diferencia de temperaturas.

Decimos que un cuerpo gana calor cuando su temperatura final es mayor que su temperatura inicial y cuando este disminuye su temperatura entenderemos que el cuerpo pierde calor.

Algunas sustancias cuando se calientan alcanzan una temperatura a la que llamamos punto de ebullición, si dejamos de suministrar calor entonces se enfrían, este proceso se puede medir tomando su temperatura a intervalos regulares de tiempo hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Las formas en que se transmite el calor son: conducción, convección y radiación y obligadamente para que ello ocurra debe de transmitir energía del de mayor temperatura al de menor temperatura.

El trabajo mecánico es también una forma de energía y siguiendo la ley de la conservación podemos deducir que toda la energía puede transformarse en energía calorífica.

Investigación previa por parte del alumno

1.-Explica ¿en qué consiste cada una de las formas de transmisión del calor?

CONDUCCIÓN.- La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).

CONVECCIÓN.- Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas.

RADIACIÓN.- Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz.

2.- ¿Qué dice la ley de Newton sobre el enfriamiento?

La ley de enfriamiento de Newton nos dice que si un sistema A está en equilibrio térmico con un sistema B, y a su vez un sistema A está en equilibrio térmico con un sistema C entonces el sistema B está en equilibrio con el sistema C.

3.- ¿Qué diferencias existen entre calor y temperatura?

El calor es la energía del desplazamiento de moléculas en un elemento. La temperatura en tanto, es una medida de la energía molecular. Es decir el calor es el encargado de aumentar o disminuir la temperatura de un cuerpo. Es decir, si le agregamos calor, la temperatura subirá. Si le disminuimos el calor, la temperatura bajará. Cuando las temperaturas son más altas, es porque las moléculas se están desplazando y rotando con más energía.

4.- ¿A qué se le llama capacidad térmica específica?

Por lo general se refiere a la cantidad de energía necesaria para elevar cierta masa, por lo general un kilogramo, a 1 grado Celsius. Es una propiedad intrínseca de una sustancia, es decir, son independientes a la cantidad de material que tengas en la mano. La capacidad térmica específica de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para elevar 1 grado la temperatura de una masa unitaria de dicha sustancia. Como esta propiedad está definida para una masa fija de sustancia, quiere decir que es una propiedad intensiva.

5.- ¿Qué importancia tiene la masa en la transmisión del calor?

Juega un papel muy importante debido a que la sustancia debe tener una masa fija, es decir que dependiendo la masa y la capacidad térmica específica de dicha masa es como se transmitirá el calor entre los dos cuerpos.

6.- ¿Cuándo decimos que un sistema es cerrado y cuándo abierto

Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

7.- ¿Cuándo decimos que un sistema es aislado y cuándo no aislado?

Decimos que es un sistema aislado cuando en este no se permite la entrada ni salida del calor, por otro lado cuando se dice que el sistema no está aislado se entiende que puede entrar y salir calor.

Material

Un tubo metálico (Puede ser de hierro, cobre o latón)

Un vaso de unicel de 1 L con su tapa

Un termómetro de laboratorio

Dos vasos de unicel de 250 mL con sus tapas

Un cronómetro

Agua caliente

Desarrollo Experimental

1.-Construye un calorímetro: Tomamos un vaso de 250 mL y lo cortamos por la mitad de modo que quede un pequeño vaso, éste ayudará para que sea la base que lleve por dentro el vaso de 1L, una vez que tengamos esta base la colocamos en el fondo del vaso de 1L.

Después, agregamos agua al vaso que tenemos entero, medimos la temperatura del agua y lo llevamos a la base que teníamos dentro del vaso grande. De este modo estamos creando un sistema abierto.

Posteriormente metemos el tubo metálico, en este caso, de latón en el vaso que contiene el agua y colocamos la tapa.

Por último procedemos a cerrar también el vaso de 1L con su tapa y atravesamos las tapas con el termómetro hasta que éste se encuentre en el vaso de 250 mL.

a) A partir de este sistema cerrado, calcula:

m líquido = 138 gr

ti líquido = 67° C

c líquido = 4186.7 J/kg°C

m metal = 208

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