Termodinamica

ENERGÍA (III)

CALOR Y TEMPERATURA IES La Magdalena.

Avilés. Asturias

Ejemplo 1

a) Calcular la cantidad de energía (en julios) que habrá que comunicar a un trozo de 250 g de co-bre para elevar su temperatura 15 0 C.

b) Si el calor calculado en el apartado anterior lo pierde otro trozo de aluminio de igual masa. Cal-cular cuánto descenderá su temperatura.

Solución:

a)

b) Como el aluminio pierde calor, consideramos al calor como negativo:

Observar como perdiendo el mismo calor la temperatura del aluminio desciende prácticamente la mitad de lo que sube la del cobre, debido a que su calor específico es casi el doble.

Ejemplo 2.

Determinación del calor específico de un metal.

Con el fin de determinar el calor específico de un metal se calienta un trozo de 100,0 g hasta 86 0C y a continuación se introduce en un calorímetro que contiene 300, 0 g de agua a una temperatura de 21 0C. El agua del calorímetro se agita y tras unos minutos se alcanza el equilibrio entre la pieza me-tálica y el agua adquiriendo el conjunto una temperatura de 25 0 C. Determinar el calor específico del metal.

Solución

El metal considerado debe ser aluminio ya que el valor calculado para el calor específico está muy próximo al tabulado para este metal: 0,217 cal/g 0C.

Por tanto se ha cometido un error:

El error que se ha cometido, como puede verse es bastante alto. El resultado puede mejorarse considerando el equivalente en agua del calorímetro.

Aunque no lo hemos considerado, el calorímetro, el agitador o el termómetro, absorben cierta can-tidad de calor que, en consecuencia, no se emplea en calentar el agua. Puede tenerse esto en cuen-ta calculando la masa de agua que absorbería el mismo calor e incrementar la masa de agua en esa cantidad. Esta masa de agua es el equivalente en agua del calorímetro.

En la experiencia anterior se ha calculado experimentalmente el equivalente en agua del calorímetro encontrándose que vale k = 42, 5 g.

Repitamos el cálculo introduciendo ahora el equivalente en agua del calorímetro:

Con lo que el error será ahora:

Ejemplo 3.

Se mezclan 800 g de agua a 20 0 C con 1000 g de agua a 70 0 C. Calcular cuál será la temperatura final de la mezcla.

Uno de los efectos causados por el aumento (o disminución) de la temperatura es el cambio agregación (cambio de estado) de la materia.

Fusión y ebullición

Como se ha dicho más arriba cada sustancia tiene (a una presión dada) unas temperaturas de fusión y ebullición características que pue-den servir para su identificación (ver tabla ).

Ocurre, además, que mientras una sustancia está fundiendo o hirviendo su temperatura permanece invariable.

Sustancia T Fus (0C) T Ebu (0C)

Agua 0 100

Aluminio 660 2400

Amoniaco -78 -34

Butano -138 -0,5

Etanol -114 78,5

Hidrógeno -259 -253

Hierro 1540 2800

Mercurio - 39 357

Nitrógeno - 210 -196

Plomo 328 1750

Wolframio 3387 5527

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