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I. ALGO SOBRE LA TERMODINÁMICA.
QUÉ ES EL CALOR ESPECÍFICO Una experiencia muy común ocurre cuando ponemos al fuego una olla que contiene agua: después de cierto tiempo, el agua se calienta. Esto quiere decir que su temperatura aumenta. Se puede verificar fácilmente esta afirmación poniendo dentro del agua un termómetro.. Claramente, mientras más tiempo dejemos el agua sobre la llama, másenergía se transferirá, es decir, habrá mayor transferencia de calor. En estas circunstancias, el agua absorbe esta energía y como consecuencia, responde aumentando su temperatura.
Figura 1. Distintas sustancias tienen distintas capacidades de absorbe calor. i) Las dos sustancias aumentaron sus temperaturas. i) Los aumentos que experimentaron cada una de las sustancias no fueron los mismos.
Laexperiencia anterior nos hace ver que las sustancias tienen, entonces, una propiedad que es la de cambiar su temperatura a causa de una absorción de calor. Esta propiedad se mide por medio de la capacidad calorífica. Por tanto, la capacidad calorífica del agua es distinta a la del aluminio.
PRIMERAS MEDICIONES DEL CALOR ESPECÍFICO
EL FíSICO y químico inglés Joseph Black (1728-1799) fue quienadelantó el concepto de calor específico. En el transcurso de sus investigaciones se dio cuenta de que diferentes cuerpos, de masas iguales, requerían de diferentes cantidades de calor para elevarlos a la misma temperatura.
QUÉ NOS DICE LA TEORÍA CINÉTICA
AL EXPRESAR la ley de Dulong-Petit, como resumen de un número importante de resultados experimentales, no se ha hecho ninguna consideraciónespecífica sobre la estructura microscópica de las sustancias que están bajo estudio. Es decir, tal como se han presentado las cosas, no ha tenido ninguna relevancia que las sustancias estén formadas por átomos o no
Figura 3. La dirección de la línea que une a los dos átomos de una molécula diatómica queda completamente especificada si se dan los ángulos q y j mostrados. De manera análoga, al aplicarel principio de equipartición de la energía al caso de gases compuestos de moléculas con más de dos átomos, es decir, poliatómicas,. Aquí las partículas que componen el sólido se encuentran localizadas en un arreglo geométrico regular que se llama la red cristalina. En la figura 4 se muestra esquemáticamente una red cristalina en dos dimensiones. En este caso se encuentra, aplicando el principiode equipartición de la energía, que el calor específico por cada partícula es igual a 3k, que concordaba muy bien con los valores medidos en muchos sólidos.
IVOTRAS EXPERIENCIAS Y RESULTADOS AL INVENTARSE LOS PRIMEROS REFRIGERADORES
LOS hechos descritos en los capítulos anteriores exhiben la situación que existía alrededor de los años de 1860. En particular, las mediciones que se habían llevadoa cabo eran a temperaturas ambientes o mayores, ya que en ese entonces no existía manera de disminuir la temperatura. Hacia 1870 las cosas empezaron a cambiar. En ese año el ingeniero alemán Carl von Linde (1842-1934) conoció un trabajo científico que trataba del retiro de calor de una sustancia por medios mecánicos. En 1876 sacó su primera patente de un refrigerador de amoniaco. Es así que seinició la era de los aparatos con los que se podía disminuir la temperatura. Poco a poco se logró obtener temperaturas cada vez más bajas. Ya en el año de l895 usando un efecto termodinámico, el Joule-Thomson, se pudo enfriar una muestra de aire y llegar a formar aire líquido. Esto ocurre a una temperatura de alrededor de 196ºC bajo cero. Una vez disponiendo de aparatos con los que se podía disminuirla temperatura se empezaron a medir diferentes propiedades
termodinámicas de las sustancias a temperaturas cada vez menores.
Figura 5. Valores experimentales de los calores específicos de la plata
, el cobre (x) y el
aluminio (l), a distintas temperaturas. Nótese que a bajas temperaturas estos
valores no son constantes. Solamente a altas temperaturas tienden a tener un valor constante....