EL CALOR
El calor se define como
la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o
diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica
generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía.
Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia
el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos
se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en
una habitación se entibia).
La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes
mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convención, aunque en la mayoría de los
procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe
resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica.
La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que
es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a
otro como resultado de la diferencia de temperatura.
1.-CALOR ESPECÍFICO:
El calor especifico es la energía necesaria
para elevar 1 °C la temperatura de
un gramo de materia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al
anterior pero para una masa de
un mol de
sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).
El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona
el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el
incremento de temperatura:
Donde:
·
es el calor aportado al sistema.·
es la masa del sistema.·
es el calor específico del sistema.·
y 
son las temperaturas inicial y final del sistema respectivamente.·
es el diferencial de temperatura.
Las unidades más habituales de calor específico son
El calor específico de un material depende de su temperatura; no
obstante, en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que
puede considerarse que el calor específico es constante. Asimismo, también se
diferencia del proceso que se lleve a cabo, distinguiéndose especialmente el
"calor específico a presión constante" (en un proceso isobárico) y "calor específico a
volumen constante (en un proceso isocorico).
De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que el calor específico del agua es
aproximadamente:
1.2.-Calor
específico molar:
El calor específico de una sustancia
está relacionado su constitución molecular interna, y a menudo da información
valiosa de los detalles de su ordenación molecular y de las fuerzas
intermoleculares. A altas temperaturas la mayoría de sólidos tienen capacidades
caloríficas molares del orden de 
(ver Ley de Dulong-Petit, siendo 
la constante universal de los gases ideales
(ver Ley de Dulong-Petit, siendo la constante universal de los gases ideales
) mientras que la de los gases monoatómicos tiende a 
y
difiere de la de gases diatómicos
.
En este sentido, con frecuencia es muy útil hablar de calor específico molar denotado por cm, y definido como la
cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia
en 1 grado es decir, está definida por:
y
difiere de la de gases diatómicos.
En este sentido, con frecuencia es muy útil hablar de calor específico molar denotado por cm, y definido como la
cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia
en 1 grado es decir, está definida por:
Donde n indica la
cantidad de moles en la sustancia presente. Esta capacidad usualmente es
función de la temperatura
.
.
1.2.-Capacidad
calorífica:
La capacidad calorífica de una sustancia es
una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha
sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
Se denota por 
, se acostumbra a medir en J/K, y se define como:
, se acostumbra a medir en J/K, y se define como:
Dado que:
De igual forma se puede definir la capacidad calórica molar como:
2.-CALOR
LATENTE:
·
Un cuerpo sólido
puede estar en equilibrio térmico con un líquido o
un gas a
cualquier temperatura, o que un líquido y un gas pueden estar en
equilibrio térmico entre sí, en una amplia gama de temperaturas, ya que se
trata de sustancias diferentes.
Pero lo que es menos evidente es que dos fases o estados de agregación, distintas de una misma sustancia, puedan
estar en equilibrio térmico entre sí en circunstancias apropiadas.
·
Un sistema que
consiste en formas sólida y líquida de determinada sustancia, a una presión
constante dada, puede estar en equilibrio térmico, pero únicamente a una
temperatura llamada punto de fusión simbolizado
a veces como
. A esta temperatura, se necesita
cierta cantidad de calor para poder fundir cierta cantidad del material
sólido, pero sin que haya un cambio significativo en su temperatura. A esta
cantidad de enenergia se le llama calor de fusión, calor latente de
fusión o entalpia de
fusión, y varía según las diferentes sustancias. Se denota por
.
. A esta temperatura, se necesita
cierta cantidad de calor para poder fundir cierta cantidad del material
sólido, pero sin que haya un cambio significativo en su temperatura. A esta
cantidad de enenergia se le llama calor de fusión, calor latente de
fusión o entalpia de
fusión, y varía según las diferentes sustancias. Se denota por.
·
El calor de fusión
representa la energía necesaria para deshacer la fase sólida que está
estrechamente unida y convertirla en líquido. Para convertir líquido en sólido
se necesita la misma cantidad de energía, por ello el calor de fusión
representa la energía necesaria para cambiar del estado sólido a líquido, y
también para pasar del estado líquido a sólido.
·
El calor de fusión
se mide en
·
De manera similar,
un líquido y un vapor de una misma sustancia pueden estar
en equilibrio térmico a una temperatura llamada punto de ebullición simbolizado por
. El calor necesario para evaporar
una sustancia en estado líquido (o condensar una sustancia en estado de vapor)
se llama calor de ebullición o calor latente de ebullición o entalpía de ebullición, y se mide en
las mismas unidades que el calor latente de fusión. Se denota por
.
. El calor necesario para evaporar
una sustancia en estado líquido (o condensar una sustancia en estado de vapor)
se llama calor de ebullición o calor latente de ebullición o entalpía de ebullición, y se mide en
las mismas unidades que el calor latente de fusión. Se denota por.· En la siguiente tabla se muestran algunos valores de los puntos de fusión y ebullición, y entalpías de algunas sustancias:
sustancias
|
[°C]
|
[cal/g]
|
[°C]
|
|
0,00
|
79,71
|
100,00
|
539,60
|
|
-219,00
|
3,30
|
-182,90
|
50,90
|
|
-39,00
|
2,82
|
357,00
|
65,00
|
|
1083,00
|
42,00
|
2566,90
|
3.-TRANSMICION
DE CALOR:
El calor puede ser transmitido de
tres formas distintas: por conducción, por convección o por radiación.
· Conduccion termica: es el proceso que se
produce por contacto térmico entre dos o más cuerpos, debido al contacto
directo entre las partículas individuales de los cuerpos que están a diferentes
temperaturas, lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico. Ej.:
cuchara metálica en la taza de té.
· Convencion Térmica: sólo se produce en fluidos
(líquidos o gases), ya que implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones
que están a una temperatura, a regiones que están a otra temperatura. El
transporte de calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio
medio. Ej: los calefactores dentro de la casa.
· Radiacion Térmica : es el proceso por el cual se
transmite a través de ondas electromagneticas. Implica doble transformación
de la energía para llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energía
térmica a radiante y luego viceversa. Ej.: La energía solar.
La conducción pura se presenta sólo
en materiales sólidos. La convección siempre está acompañada de la conducción,
debido al contacto directo entre partículas de distinta temperatura en un
líquido o gas en movimiento. En el caso de la conducción, la temperatura de
calentamiento depende del tipo de material, de la sección del cuerpo y del
largo del cuerpo. Esto explica por qué algunos cuerpos se calientan más rápido
que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les entregue la
misma cantidad de calor.
3.1.-Conductividad
térmica:
La conductividad térmica de un cuerpo está
dada por:
Donde:
Es el calor entregado,
Es el intervalo de tiempo durante el cual se entregó calor,
Es el coeficiente de conductividad termica propio del material en cuestión,
Es la sección del cuerpo,
Es la longitud, y
Es el incremento en la temperatura.EJEMPLO:
Estudia la ecuación. Primero, debes observar la ecuación para hacerte una idea de lo que necesitas hacer para hallar el calor específico. Veamos este problema:Halla el calor específico de 350 g de un material desconocido cuando se le aplican 34,700 julios de calor y la temperatura se eleva de 22 ºC a 173 ºC sin ningún cambio de estado.
Anota tanto los factores conocidos como los desconocidos. Una vez que hayas comprendido el problema, puedes anotar cada variable, conocida o desconocida, para analizar mejor los datos con los que vas a trabajar. Aquí tienes un ejemplo de cómo hacerlo:
- m = 350 g
- Q = 34,700 J
- ΔT = 173ºC - 22ºC = 151 ºC
- Cp = desconocido
Introduce los valores conocidos en la ecuación. Conoces todos los valores excepto el de "Cpc", así que debes introducir los demás datos en la fórmula original y hallar "Cp". Aquí puedes ver cómo hacerlo:
- Ecuación original: Cp = Q/mΔT
- c = 34,700 J/(350 g x 151 ºC)
Resuelve la ecuación. Ahora que has introducido los valores conocidos en la ecuación, sólo tienes que hacer una sencilla operación para resolverla. El calor específico, o la respuesta final, es 0.65657521286 J/(g x ºC).
Cp = 34,700 J/(350 g x 151 ºC)
Cp = 34,700 J/(52850 g x ºC)
Cp = 0.65657521286 J/(g x ºC)
No hay comentarios:
Publicar un comentario