Conceptos de capacidad térmica especifica

OBJETIVO

Que el alumno comprenda los conceptos de capacidad térmica especifica y las unidades en las cuales pueden ser expresados. Que identifique la influencia de estas propiedades en diferentes fenómenos cotidianos.

CUESTIONARIO PREVIO

1.- Si en una misma fuente de energía se colocan un gramo de agua y un gramo de metal y reciben la misma energía térmica ¿Cuál de las siguientes aseveraciones es correcta?

a) el cambio de temperaturas en ambas sustancias es lo mismo

b) el gramo de agua eleva mas su temperatura

c) el gramo de metal eleva mas su temperatura

2.- ¿Qué propiedad de los materiales permite responder la pregunta anterior?

La capacidad calorífica del metal

3.- ¿Por qué el agua es un excelente refrigerante?

El agua tiene una capacidad para almacenar energía mucho mayor que casi todos los materiales comunes, una cantidad de agua relativamente pequeña absorbe una gran cantidad de calor que produce un aumento de temperatura de poca magnitud.

4.- ¿Por qué los lagos y los mares permanecen a temperaturas relativamente constantes?

Por la capacidad térmica específica, que es la capacidad de almacenar energía, el agua tiene una mayor capacidad térmica especifica por lo que tarda mas tiempo en perder energía por lo que presenta una variación mínima de temperatura por lo que se puede considerar constante.

5.- ¿Por qué durante el día la arena de una playa quema los pies y el agua de mar no? Por las noches, ¿Cómo es la temperatura con respecto a la arena? ¿Por qué?

Por la capacidad calorífica de ambos materiales, al ser expuestos a la radiación solar la arena va a incrementar hasta 5 veces más su temperatura por cada grado, en el caso del agua al ser casi transparente la radiación solar la va absorbiendo.

Por la noche la Temperatura del agua es mayor que la de la arena porque el agua capturo más energía.

INTRODUCCIÓN

Calor:

Es la energía térmica transferida entre un sistema y sus alrededores debido a diferencias de temperaturas. El intercambio de calor ocurre naturalmente, del sistema o alrededor de mayor temperatura al de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Para obtener el calor tenemos la ecuación:

Q = calor (cal)

m = masa (g)

c = capacidad térmica específica (cal/g °C)

Δt = Diferencia de temperaturas (°C)

Se puede observar que el calor depende de la naturaleza, la masa y la diferencia de temperaturas de la sustancia por lo cual el calor es una propiedad extensiva y es una función de estado.

En los procesos de transferencia de calor se cumple que:

Q ganado = -Q cedido

Cuando Q<0 el proceso es exotérmico ya que hay pérdida de calor del sistema a los alrededores, y cuando Q>0 el proceso es endotérmico ya que el sistema gana calor.

La capacidad térmica (C), es la energía térmica necesaria para elevar la temperatura de una sustancia una unidad de temperatura.

C= capacidad térmica (cal/°C)

Q= calor (cal)

ΔT= Diferencia de temperaturas (°C)

La capacidad térmica específica (c), es la capacidad de un cuerpo para “almacenar calor”.

c= capacidad térmica específica (cal/g °C)

Q= calor (cal)

ΔT= Diferencia de temperaturas (°C)

m= masa (g)

Material, equipo y reactivos utilizados:

5 cilindros de aluminio - 1 probeta de 100 ml

1 termómetro de mercurio - 1 baño a temperatura constante

1 termómetro digital - Hilo de nylon

1 cronómetro

1 vaso de poliestireno de 250 ml con tapa

1 vaso de precipitados de 250 ml

RESULTADOS

DATOS

Parte 1

Tabla 1: Datos experimentales del agua y metal

Datos experimentales

Agua Metal

Evento T inicial T final T inicial T final

1 19.5°C 20°C 48.6 °C 21.2°C

2 19.5°C 20.5°C 59.6°C 22.0°C

3 19.5°C 21°C 78.5°C 23.1°C

Tabla 2: Gradientes de temperaturas y energía del agua y metal.

Hoja de cálculos

Agua Metal

Evento Δ T(H20) Q ganado Δ T(met) Q cedido

1 0.5°C 0.5 cal 22.4°C -0.5 cal

2 1.0°C 1 cal 48.0°C -1.0 cal

3 1.5°C 1.5 cal 54.4°C -1.5 cal

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