Calor especifico de solidos

CALOR ESPECÍFICO DE SÓLIDOS

1. OBJETIVO

Medir el calor específico de dos tipos de sustancia.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

El calor específico, c, de una sustancia se define como la cantidad de energía calorífica que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de masa de dicha sustancia un grado celsius. Según esta definición, se puede expresar la energía calorífica Q transferidaentre una sustancia de masa m y los alrededores para un cambio de temperatura ΔT = Tf – Ti como:

Q = m c ΔT (1)

Cuando se mide el calor específico, se encuentra que varía con la presión y volumen del sistema. En general, las medidas a presión constante son diferentes de las tomadas a volumen constante. Normalmente,para sólidos y líquidos la diferencia entre estos dos valores es sólo un pequeño porcentaje, y a menudo se desprecia. En la tabla 1 se listan los calores específicos de algunos sólidos y líquidos a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es de interés notar según esta tabla que de los materiales comunes de la Tierra, el agua es el que tiene el calor específico más grande. Esto explica el porqué de las temperaturas moderadas que se encuentran en las regiones cercanas a grandes masas de agua.

Tabla 1: Calores específicos a 25ºC y a presión atmosférica.

|Sustancia |Calor específico, c |
| |J/Kg.Cº |cal/g.Cº |
|Aluminio |900 |0,215 |
|Cobre|387 |0,0924 |
|Oro |129 |0,0308 |
|Hierro |448 |0,107 |
|Plomo |128 |0,0305 |
|Silicón |703 |0,168 |
|Plata |234 |0,056 |
|Latón|380 |0,092 |
|Madera |1700 |0,41 |
|Vidrio |837 |0,200 |
|Hielo (–5ºC) |2090 |0,50 |
|Alcohol |2400 |0,58 |
|Mercurio |140 |0,033 ||Agua (15ºC) |4186 |1,00 |

El calor específico es una propiedad muy importante en el estudio de las propiedades de un determinado material. Por ejemplo, las propiedades térmicas de los superconductores han sido estudiadas en forma amplia en base a las mediciones del calor específico del material, ya que cuando se añade una pequeña cantidad de calor a unmetal normal, una porción de la energía calorífica se usa para excitar las vibraciones de la red, y lo restante se utiliza para incrementar la energía cinética de los electrones de conducción.
Medida del calor específico –calorimetría

Una técnica para medir el calor específico de una sustancia consta en calentar la sustancia hasta cierta temperatura, colocarla en un recipiente con unamasa dada de agua a temperatura conocida y medir la temperatura del agua una vez que se ha alcanzado el equilibrio. Aun cuando se realiza una despreciable cantidad de trabajo mecánico durante el proceso, la ley de la conservación de la energía requiere que el calor que cede la sustancia más caliente (de calor específico desconocido) sea igual al calor que recibe el agua. Los dispositivos en loscuales ocurre una transferencia de calor se llaman calorímetros, los cuales también experimentan ganancia de calor, la cual se puede despreciar si la masa de agua es mucho mayor comparada con la del calorímetro.

Sea ms la masa del sólido del cual se quiere conocer su calor específico cs, con una temperatura inicial alta Ts. Similarmente, sean ma, ca y Ta los correspondientes valores para el...