Termodinamica

III.- CALOR Y TRABAJO
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III.1.- NATURALEZA FÍSICA DEL CALOR Hasta el siglo XIX una teoría consideraba al calor como una sustancia indestructible y sin peso, llamado calórico; la temperatura indicaba una cierta mezcla de calórico con la materia. Otra teoría consideraba al calor como algo relacionado con el movimiento, bien de partículas o de un fluido difundido portoda la materia. Actualmente se considera, desde un punto de vista cinético, que el calor viene ligado, por una parte a la vibración mecánica de la materia (fonones), y por otra a un transporte de partículas dotadas de energía (moléculas, electrones, etc.). Se transmite en sólidos por conducción, en líquidos por conducción y convección, en gases por conducción, convección y radiación y en el vacíopor radiación en forma de ondas electromagnéticas. Se sabe por la experiencia, que cuando un cuerpo caliente se pone en contacto con uno frío, el primero se enfría y el segundo se calienta, hasta que ambos igualen sus temperaturas. Se ha producido, pues, una transferencia de energía del cuerpo caliente al frío; esta energía así transferida se llama calor; el cuerpo caliente ha disminuido su energíainterna, y el cuerpo frío la ha aumentado. En esta definición viene implícito el hecho de que un cuerpo no contiene calor, sino que denominamos con este término la energía, en tanto cruza los límites, es decir, el calor es un fenómeno transitorio y, por lo tanto, el calor no es una función de estado. Si tenemos un cuerpo caliente como sistema A y un cuerpo frío como sistema B, ni A ni B contienencalor, pero al ponerlos en contacto térmico el calor se transfiere desde A hasta B, (régimen transitorio), hasta lograr el equilibrio de temperaturas, (régimen estacionario); al final del proceso ninguno de los sistemas contiene calor. Se define el calor sensible como aquel que va asociado a cambios de temperatura, mientras que el calor latente se considera asociado a efectos caloríficos propiosde reacciones químicas, cambios de fase, etc, en los que la temperatura permanece constante. Unidades: 1 caloría = 4,186 Joules es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la temperatura de un gramo de agua desde 14,5°C hasta 15,5°C a la presión normal. Capacidad calorífica.- Vamos a considerar un sistema cuyo estado viene especificado por su temperatura T y por un conjunto de parámetrosmacroscópicos x, como la presión p y el volumen v. Si el sistema está inicialmente a la temperatura T y absorbe una cantidad infinitesimal de calor ΔQ en tanto permanece constante el parámetro x, la temperatura del sistema variará en una magnitud infinitesimal
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ΔT que dependerá de la naturaleza del sistema, y también, en general, de los parámetros T y x que definen el estadomacroscópico inicial del mismo. Se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor necesaria para modificar la temperatura del sistema desde T1 a T2, es decir:
2 CT1 =

T

ΔQ ΔQ = ΔT T2 - T1

ΔQ dQ y en el límite: C = lím → 0 ( )=( ) ΔT ΔT dT x
Calor específico.- La cantidad de calor dQ que debe aplicarse a un sistema homogéneo para producir una variación determinada de temperatura dT debeser lógicamente proporcional a la masa total del sistema. Por tanto es conveniente definir lo que se conoce como calor específico, que es una magnitud que depende sólo de la naturaleza de la sustancia considerada, pero no de la cantidad presente. Para ello basta dividir la capacidad calorífica Cx de la sustancia, por el correspondiente número de gramos o moles. La capacidad específica por unidad demasa ó calor específico cx viene dado por: c x = Si se toma como unidad de masa el mol, se tiene el calor molar c m = Cx dQ =( ) m dT x

Cx dQ dQ = 1 ( )x = M ( ) n n dT m dT x

que viene dado en, Joules/mol°K, ó en, calorías/mol°K, siendo M el peso molecular. El valor de estas magnitudes depende del tipo de proceso que el sistema haya experimentado duran presión constante c p te la...