Capacidad calorifica

CAPACIDAD CALORÍFICA


En el siguiente informe conoceremos de la mano de nuestro docente las teorías de capacidad calorífica de los materiales.
I. INTRODUCCIÓN
En el siguiente documento estudiaremos la importancia en la utilización práctica de la capacidad calorífica, la dilatación térmica y la conductividad térmica de los materiales.
Se entiende por propiedad térmica la respuesta deun materia al ser calentado. A medida que un sólido absorbe energía puede transportarse a las regiones mas frías de la muestra si existe un gradiente de temperatura y finalmente, la muestra puede fundirse.
Iniciaremos analizando el comportamiento de la capacidad calorífica a bajas temperaturas el cual fue uno de los primeros tropiezos de la termodinámica clásica. Esto condujo a modelar alsólido como un cristal gobernado por fuerzas intermoleculares cohesivas que lo convertían, en el marco de la física moderna, en una red de osciladores cuánticos. Esto condujo a Petrus Debye a formular su teoría del sólido, marco de este trabajo. Se desarrollan aquí los lineamientos de la teoría y una experiencia tendiente a medir la capacidad calorífica y la temperatura de Debye mediante la evaporaciónde la masa del nitrógeno en ebullición debido al contacto con diferentes muestras.

II. OBJETIVOS

III. MARCO TEÓRICO

Capacidad Calorífica es una propiedad que indica la capacidad de un material de absorber calor de su entorno; representa la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura en una unidad. En términos matemáticos la capacidad C se puede expresar como:Donde:
• c es el calor específico o capacidad calorífica específica
• m la masa de sustancia considerada

Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidadcalorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.
La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo para almacenar calor y es el cociente entre lacapacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica.

De la anterior relación es fácil inferir que al aumentar la masa de una sustancia, se aumenta su capacidad calorífica ya que aumenta la inercia térmica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar sutemperatura. Un ejemplo de esto se puede apreciar en las ciudades costeras donde el mar actúa como un gran termostato regulando las variaciones de temperatura.

Capacidades Caloríficas De Sólidos Y Gases

La capacidad calorífica de los sólidos y gases depende, de acuerdo con el teorema de equipartición de la energía, del número de grados de libertad que tiene una molécula, como se explicará acontinuación.
Gas monoatómico son los gases nobles tiene moléculas formadas por un sólo átomo. Eso a que la energía de rotación, al ser la molécula casi puntual, pueda despreciarse. Así en los gases monoatómicos la energía total está prácticamente toda en forma de energía cinética de traslación. Como el espacio es tridimensional y existen tres grados de libertad de traslación eso conduce de acuerdo con elteorema de equipartición a que la energía interna total U de un gas ideal monoatómico y su capacidad calorífica CV vengan dadas por:


Donde T es la temperatura absoluta, N es el número de moléculas de gas dentro del sistema que estudiamos, n el número de moles, k la constante de Boltzmann y R la constante universal de los gases ideales. Así el calor específico molar de un gas ideal...