CONSTANTES TÉRMICAS DEL AGUA: CALOR ESPECÍFICO Y CALOR LATENTE DE FUSIÓN

LABORATORIO DE FÍSICA 2

Práctica
7

PRÁCTICA 7
CONSTANTES TÉRMICAS DEL AGUA:
CALOR
FUSIÓN
CALOR ESPECÍFICO Y CALOR LATENTE DE FUSIÓN
En este experimento aprenderás…
El concepto de calor, como la energía que se transfiere de un cuerpo a
otro hasta estar en equilibrio térmico.
A medir el calor específico y el calor latente de fusión del agua,
constantes indispensables para hacerpredicciones relacionadas con la
temperatura y cambio de fase del vital líquido.
INTRODUCCIÓN
Los experimentos de William Thomson (Lord Kelvin) demostraron que el
calor es proporcional a la masa del sistema y a la diferencia de temperaturas. Esto
es la ecuación
ܳ ∝ ݉ ∆ܶ

(1)

Recordemos que el calor es la transferencia de energía ocasionada por la
diferencia de temperatura entre doscuerpos.
La constante de proporcionalidad de la ecuación (1) depende del tipo de
material utilizado. Es mucho más fácil elevar la temperatura de un metal como
aluminio comparado con un bloque de porcelana. De hecho, la constante de
proporcionalidad de la ecuación (1) puede interpretarse, en el sistema
internacional, como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura
en 1ºC para unobjeto con una masa de un 1 Kg. A esta constante se le conoce
como calor específico de la sustancia, y se simboliza con una c minúscula. Si bien
éste valor varía a medida que cambia la temperatura, puede considerarse
constante para un intervalo razonable. Esto permite escribir le ecuación (1) como:
ܳ = ݉ ܿ ∆ܶ

(2)

CALORIMETRÍA
La técnica para medir estos valores de calor específico se llamacalorimetría y es una técnica muy simple. Se siguen los siguientes pasos:
1. Además del objeto al que se le desea medir el calor específico se necesita
un poco de líquido con un calor específico conocido (generalmente agua) y
un recipiente (calorímetro) con aislante térmico.
2. Se mide la masa del objeto al que se le quiere medir su calor específico, la
masa del recipiente y la masa dellíquido.

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3. Se cambia la temperatura del objeto o del líquido y la otra se deja a
temperatura ambiente. Ambas temperaturas deben medirse.
4. Se introduce el objeto dentro del líquido y se aísla térmicamente. Se mide la
temperatura de equilibrio térmico de todo el sistema.
El sistema anterior es un sistema aislado, por lo que la energía se conserva.Supongamos que el objeto a analizar fue enfriado para el paso 3 del método
anterior. Podemos escribir que
ܳீ஺ே஺஽ை = −ܳ௉ாோ஽ூ஽ை

(3)

Cada uno de los términos de la ecuación (3) puede escribirse con la
estructura mostrada en la ecuación (2) para cada uno de los elementos que
componen el sistema, es decir, el objeto, el líquido y el recipiente. De esta manera
queda
݉௢௕௝ ܿ௢௕௝ ൫ܶ௘௤ − ܶ௜ ௢௕௝ ൯= −݉௖௔௟ ܿ௖௔௟ ൫ܶ௘௤ − ܶ௜ ௖௔௟ ൯ − ݉௟௜௤ ܿ௟௜௤ ൫ܶ௘௤ − ܶ௜ ௅௜௤ ൯

(4)

Se procura que la temperatura inicial del calorímetro y del líquido sea la
misma, es decir que ܶ௜ ௅௜௤ = ܶ௜ ௖௔௟ .
Si el recipiente está construido de un material aislante térmico se puede
despreciar el efecto de éste sobre el sistema debido a que prácticamente no toma
energía de los otros dos objetos. Esto anula el primertérmino del miembro
derecho de la ecuación (4), por lo que despejamos para el valor que se desea
conocer

ܿ௟௜௤ =

௠೚್ೕ ௖೚್ೕ ൫்೐೜ ି ்೔ ೚್ೕ ൯
௠೗೔೜ ൫்೔ ಽ೔೜ ି ்೐೜ ൯

(5)

CAMBIOS DE FASE
Uno de los fenómenos más fascinantes que la humanidad ha observado es
el cambio de fases (estados) de la materia. El agua líquida, por ejemplo, se vuelve
sólida o gaseosa cuando su temperatura se sale decierto rango de temperatura,
definido por los puntos de fusión y ebullición respectivamente. Para el agua
destilada y a presión atmosférica, estos valores son 0 °C y 100 °C
respectivamente. Sin embargo, es posible tener agua líquida aún a esas dos
temperaturas. Esto se debo a que se requiere quitar o añadir una cierta cantidad
específica de energía del agua. Esta cantidad de energía se...