calormetria

II.4. Calorimetría
Es la parte de la física que estudia el calor y sus leyes.

Definición de calor
Se llama calor a la energía que pasa de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura entre los mismos.
El calor antes de ser emitido es energía interna y después de ser absorbido vuelve a ser energía interna.

Calor ganado
O perdido
=
Cambio de energía interna debido a
unadiferencia de temperatura

Si Q es el calor ganado o perdido y E = E2 – E1 el cambio de energía interna es:
Q = E = E2 – E1

De aquí que:
Calor perdido
=
Calor ganado

Resultado que puede enunciarse en la siguiente forma:

I. Siempre que entre varios cuerpos hay un intercambio de energía calorífica, la cantidad de calor perdida por unos cuerpos es igual a la cantidad de calor ganada porlos otros.
II. El calor absorbido o desprendido por un cuerpo es proporcional a su variación de temperatura. Así para elevar 20 C la temperatura de un cuerpo se requiere el doble de energía calorífica que necesito para elevar a 10 C.
III. Para un mismo cambio de temperatura el calor absorbido o desprendido por un cuerpo es proporcional a su masa.
IV. Cuando varios cuerpos a temperaturasdiferentes se ponen en contacto, la energía calorífica se transmite de los cuerpos cuya temperatura es más alta a aquellos cuya temperatura es más baja. El equilibrio térmico ocurre cuando todos los cuerpos quedan a la misma temperatura.


Unidades de Calor
Siendo el calor una forma de energía debe medirse en las mismas unidades que ésta, o sea en Joule (J) en el S.I.
No obstante, se hanintroducido otras unidades para medir la energía calorífica, de los cuales la más usada es la caloría (cal).
La caloría es la cantidad de calor (o energía) que es necesario suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura de 14,5 C a 15,5 C.
La relación entre la caloría y el joule es:
1 cal = 4,185 J
1 J = 0,238 cal

Calor específico
El calor específico de una sustancia es la energía quees necesario suministrar a la unidad de masa de la sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado.
Se designa por . Sea  la cantidad de calor que es necesario darle a una masa de una sustancia para elevar su temperatura de  a . El calor específico de la sustancia es entonces:



Ya que al dividir  por se tiene el calor absorbido por unidad de masa y al dividirse por resulta el calor absorbido correspondiente a una variación de un grado en la temperatura. Despejando :



Esta fórmula nos da la cantidad de calor absorbido o desprendido por un cuerpo de masa  y calor específico  al variar su temperatura de  a .

El calor específico se puede expresar en el S.I. en J/kgC pero más bien se acostumbra a usar la unidad cal/gC

El calorespecífico del agua es igual a 1 cal/gC, el del hielo es 0,5 cal/gC.

Calores Específicos de algunos Materiales

Metal
Calor Específico (cal/gC)
Masa de un mol (g)
Calor molar (cal/C.)
Aluminio
0,212
26,97
5,72
Cobre
0,094
63,57
6,17
Hierro
0,115
55,84
6,12
Mercurio
0,033
200,6
6,7
Plata
0,056
107,88
6,04
Estaño
0,055
118,70
6,62
Zinc
0,094
65,38
6,08
Plomo
0,031---
---
Vidrio
0,199
---
---
Alcohol
0,58
---
---

Capacidad calorífica
La capacidad calorífica de un cuerpo de masa  es la cantidad de calor que es necesario suministrar al cuerpo para elevar su temperatura a un grado.

Haciendo:

Entonces:

De donde:


La capacidad calorífica se expresa en J/C o en cal/C

Calor Molar
Se llama calor molar a la capacidad calorífica deun mol de una sustancia. Luego si  es la masa molar (expresada en g), el calor molar de la sustancia es:


Ejercicios:
1) Calcular la cantidad de calor que debe suministrarse a 300 g de cobre para elevar su temperatura de – 8 C a 122 C
2) En 200 g de agua a 10 C se introducen 150 g de hierro a 110 C. Hallar la temperatura final del conjunto.
3) Calcular la cantidad de...