Calorimetria

TEMA 3: CALORIMETRIA
Concepto de calor
El calor es una forma de energía que puede transformarse en otras y viceversa. Consideramos dos cuerpos A y B a temperatura T1 y T2 suponemos que T1 es mayor que T2. al poner en contacto los dos cuerpos la experiencia nos demuestra que pasa de A a B una cierta energía que denominamos calor. En este caso decimos que el calor pasa del cuerpo caliente alfrio por conducción. Las moléculas del cuerpo caliente están muy excitadas y tienen una gran energía de vibración. Estas chocan con las vecinas más lentas del cuerpo frio y comparten con ellas algo de su energía de movimiento por tanto la energía de movimiento térmico se transmite de una molécula a la siguiente aunque cada molécula permanece en su posición original.
La unidad de calor es la caloria(cal) o tambien cal-gr que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 g de H2O, tambien se utiliza la Kcal que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 Kg de H2O.
Intercambios de calor
Experimentalmente se conoce que la energía calorífica absorbida o cedida por un cuerpo es proporcional a su masa(m) a la variación de temperatura queexperimenta el cuerpo ( T) y también a la naturaleza del cuerpo.
Todo esto se relacionaría con la siguiente expresión:
Q=m c T
Que seria la cantidad de calor ganada o cedida por el cuerpo. En la formula c es el calor especifico del cuerpo es decir la cantidad de calor necesaria para incrementar 1ºC la temperatura de 1 g de dicha sustancia.
En general los calores especificos varian con altemperatura. En la practica se suelen dar valores medios o bien los calores especificos correspondientes a una temperatura de 20 ºC.
El agua es uno de los cuerpos con mayor calor especifico por esto su valor se toma como unidad definiendose la caloria como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 g de H2O desde 14.5ºC a 15.5 ºC por tanto el calor especifico del H2O es igual a 1 cal/grºC.
La relacion entre unidades de calor y trabajo se realizo midiendo la cantidad de trabajo W necesario para obtener una cantidad de calor Q. joule establecio la siguiente relacion entre trabajo y calor:
Wrealizado/Qproducido=cte=J
W=J Q
J es una constante denominada equivalente mecanico del calor y es la cantidad de trabajo que trasformado en calor produce 1 caloria. Experimentalmente sedemuestra que
J=4.1855 J/cal
El inverso de J se denomina A que es el equivalente termico del trabajo.
A=1/J=1/4.1855=0.2389 calorias " 0.24 cal /J
Es decir 1 caloría= 4.18 J
1 J= 0.24 cal
en la formula anterior Q=m c T el producto de la masa por el calor especifico se denomina capacidad calorifica y es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un cuerpo aumente en 1ºC o en 1K.
C= m c = capacidad calorífica
La unidad de la capacidad calorífica es la cal/grado o J/grado.
Cuando un cuerpo recibe energía calorífica su temperatura aumenta excepto cuando esta experimentando un cambio de estado físico.
En este caso la temperatura constante mientras se realiza el cambio. El calor absorbido o cedido en estos casos se llama calor de transformación o calor de cambio deestado. En el caso de los gases es muy importante determinar en que condiciones de presión y de volumen reciben el calor. Se define por tanto dos tipos de calor especifico o presión constante Cp y a volumen constante Cv.
También en lugar de la masa se utiliza el numero de moles
Qp= n cp T
Qv= n cv T
Calores específicos de los sólidos
Sabemos que para un solido el calor especifico es lacantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g masa de dicho solido 1ºC. del estudio experimental de muchos solidos monoatomocios se deduce el calor atomico Q= M c = Patomico ce= 6.4. es decir el producto de la masa atomica por el calor especifico del solido vale aproximadamente 6.4 cal/atomo grado. Esta es la ley de Dulong y Petit. Por tanto el calor especifico de una sustancia es...