Guía De Física (3Er Semestre)

F I S I C A II

Cantidades de calor
Aun cuando no sea posible determinar el contenido total de energía calorífica de un cuerpo, puede medirse la cantidad que se toma o se cede al ponerlo en contacto con otro a diferente temperatura.
Esta cantidad de energía en tránsito de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura es precisamente lo que se entiende en física porcalor.

La ecuación calorimétrica
La experiencia pone de manifiesto que la cantidad de calor tomada (o cedida) por un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de temperatura que experimenta. La expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica.
Q = mcp(Tf - Ti)
Donde:
Q Representa el calor cedido o absorbido
m La masa del cuerpo
cpCoeficiente del Calor Especifico
Tf Temperaturas final
Ti Temperatura inicial respectivamente.

Q será positivo si la temperatura final es mayor que la inicial (Tf> Ti) y negativo en el caso contrario (Tf< Ti).
La letra cp representa la constante de proporcionalidad correspondiente y su valor es característico del tipo de sustancia que constituye el cuerpo en
cuestión. Dichaconstante se denomina calor específico. Su significado puede deducirse de la ecuación (8.6). Si se despeja c,de ella resulta:
cp = Q/ (m(Tf - Ti))

El calor específico de una sustancia equivale, por tanto, a una cantidad de calor por unidad de masa y de temperatura; o en otros términos, es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura un grado.Unidades de calor
En el sistema Internacional las Unidades del Calor están dadas por calorias, la masa en gramos, la temperatura en oC y el Calor Especifico Cp en calorias/gramos oC

Así, la unidad de calor en el Sistema Internacional (SI), coincide con la de energía y es el joule (J), habiendo quedado la caloría reducida a una unidad práctica que se ha mantenido por razones históricas, pero queva siendo progresivamente desplazada por el joule.

| Calor especifico |
COBRE | 0.386 |
ACERO | 0.4184 |

Ejemplo 1
Un termo contiene 250 gramos de café a 90 oC, a este se le añaden 20 gramos de leche a 5 oC. después de que se establece el equilibrio determinar cuál es la temperatura del liquido.
El Cp para la leche y el café son iguales y corresponden a 1000 cal/g oC:
De acuerdo alos datos y condiciones anteriores, el calor cedido por el café es igual al calor adquirido por la leche por lo tanto:

McCpc(Tf-90) + mLCpL(Tf-20)= 0 ; como los Calores Específicos son iguales se eliminan
(250)(Tf-90) + (20)(Tf-20) =0
250Tf – 22500 +20Tf-400= 0
270Tf-22100= 0
Tf = 22100/270
Tf = 33.33

Ejemplo 2
Cuantas calorías se requieren para calentar de 15 a 65 oC la siguientesustancia:
3 gramos de aluminio cuyo Cp es 0.21 cal/gr oC

Ejemplo 3
Cual será la temperatura final si a 50 gramos de agua a exactamente 0oC se agregan 250 gramos de agua a 90 oC
Respuesta: 75oC

Ejemplo 4
El aceite de una Caldera tiene un calor de combustión de 44 J/kg , si se supone que el 70% del calor producido se aprovecha .
¿Cuántos kilogramos de aceite se requieren para elevar latemperatura 2000 kilogramos de agua desde 20oC hasta 99oC, Cpa= 1000 calorias/groC
Respuesta 22 Kilogramos


CALOR LATENTE DE FUSION CALOR LATENTE DE VAPORIZACION
Normalmente, una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de sutemperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a
Q=mL
donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase.
Coeficiente de Calor Latente de Fusión: Lf
Coeficiente de Calor Latente de Evaporación: Lv
Por ejemplo, para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·103 J/kg....