Calor

Calor
2.1 CONCEPTOS PREVIOS
A. ENERGÍA INTERNA: Es toda la energía de un sistema que está asociada con sus componentes microscópicos, átomos y moléculas, cuando se ve desde un marco de referencia en reposo respecto al centro de masa del sistema.
B. CALOR: El calor se define como la transferencia de energía a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre elsistema y su entorno. Cuando calentamos una sustancia, a ella transferimos energía al ponerla en contacto con el entorno de una temperatura más alta. Éste es el caso, por ejemplo cuando se pone una sartén con agua fría en el quemador de una estufa; el quemador está a una temperatura más alta que el agua, de modo que el agua gana energía. También usaremos el término calor para representar la cantidadde energía transferida por este método.
UNIDADES DEL CALOR
En el S.I. tenemos la caloría (cal), que se define como la cantidad de transferencia de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14,5 °C a 15,5 °C.
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La unidad de energía en el sistema convencional en E.E.U.U. es la unidad térmica británica (Btu), que se define como la cantidad de transferencia de energía necesariapara elevar la temperatura de 1 lb de agua de 63 °F a 64 °F.
2.2 CAPACIDAD CALORÍFICA (C)
La capacidad calorífica C de una muestra particular de una sustancia se define como la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 °C la temperatura de la muestra. De esta definición vemos que si la energía Q se produce un cambio ?T en la temperatura de una muestra, entonces
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2.3 CALOR ESPECÍFICO (c)
Elcalor específico c de una sustancia es la capacidad calorífica por unidad de masa. Por lo tanto, si la energía Q se transfiere a una muestra de una sustancia con masa m y la temperatura de la muestra cambia en ?T, entonces el calor específico de la sustancia es
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El calor específico es en esencia una medida de lo térmicamente insensible que es una sustancia a la suma de energía. Cuanto mayor esel calor especifico de un material, más energía debe agregarse a una masa del material para causar un cambio particular de temperatura. La tabla 1 indica calores específicos representativos.
De esta definición, podemos relacionar la energía Q transferida entre una muestra de masa m de un material y su entorno a un cambio de la temperatura ?T como
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Tabla 1

2.4 CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:CALORIMETRÍA
Una técnica para medir calor específico comprende en calentar una muestra a una temperatura conocida Tx poniéndola en un vaso que contenga agua de masa conocida y temperatura Tw < Tx y midiendo la temperatura del agua después de alcanzar el equilibrio. Esta técnica se denomina calorimetría, y los dispositivos en los que se presenta esta transferencia de energía se llaman calorímetros. Si elsistema de la muestra y el agua está aislado, la ley de conservación de la energía exige que la cantidad de energía que sale de la muestra (de calor específico desconocido) sea igual a la cantidad de energía que entre al agua.
La conservación de la energía nos permite escribir la representación matemática de este enunciado de energía como
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El signo negativo de la ecuación es necesario paramantener consistencia con nuestra convención de signos para calor.

Cambio de fase y calor latente
Es frecuente que una sustancia experimente un cambio de temperatura cuando se transfieres energía entre ella y su entorno. Hay situaciones, sin embargo, en las que la transferencia de energía no resulta en un cambio de temperatura. Éste es el caso siempre que las características físicas de la sustanciacambien de una forma a la otra; a este cambio se conoce comúnmente como cambio de fase. Dos cambios de fase comunes son de solido a líquido (fusión) y de líquido a gas (ebullición). Todos estos cambios de fase corresponden a un cambio en energía interna, pero ningún cambio en temperatura.
La cantidad de energía transferida durante un cambio de fase depende de la cantidad de sustancia de que se...