termodinamica

CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA DE METALES
Objetivos:
 Identificar algunos metales de trabajo.
 Determinar cualitativamente el valor de la capacidad térmica específica de algunos
metales con base en la cantidad de parafina que funden.
Bases teóricas
El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia
de temperaturas.
La teoría moderna del calor la da aconocer James Joule demostrando que la
ganancia o pérdida de una cantidad determinada de calor va acompañada de la desaparición
o aparición de una cantidad equivalente de energía mecánica. El calor, por tanto, es una
energía que no se conserva.
La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra energía
en forma de calor. La cantidad de calor necesaria para elevar latemperatura de un sistema
es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia cuando no hay
cambio de fase en la misma. A esta manifestación de energía en forma de calor se le conoce
como CALOR SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera.
Q = m c ΔT
Donde:
Q = calor
m = masa
c = capacidad térmica específica
ΔT = gradiente de temperatura
“c” es la constante deproporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica específica
de la sustancia, se puede obtener como el cociente de la capacidad térmica (C) entre la
masa (m), es decir:
C
c
m
Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por incremento
de temperatura.

 cal 
c o 
 g C 

La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse
adecuadamentecalentándola a una cierta temperatura, situándola en una cantidad de agua,
de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando llegue al equilibrio
térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su entorno, el calor que “sale” de la
sustancia tiene que ser igual al calor que “entra” en el agua y en el recipiente. Este
procedimiento se conoce como CALORIMETRÍA y el recipienteaislado que contiene el
agua técnicamente se conoce como calorímetro.
Sea m la masa de la sustancia del cuerpo, c su capacidad térmica específica y Ti su
temperatura inicial. Si Tf es la temperatura final de la sustancia dentro del calorímetro, el
calor que fluye de la sustancia es:
Qsale  mc (T f  Ti )

De la misma manera, si Ti es la temperatura inicial del agua y del recipiente, y Tfsu
temperatura final (la temperatura del cuerpo y del agua serán la misma, puesto que
finalmente alcanzarán el equilibrio térmico), el calor absorbido por el agua y el recipiente
es:
Qentra  ma ca (T f  Ti )  mc cc (T f  Ti )
En donde:
ma = masa de agua
ca = capacidad térmica específica del agua
mc = masa del recipiente
cc = capacidad térmica específica del recipiente
Observe que enestas relaciones se ha presentado las diferencias de temperaturas de forma
que tanto el calor cedido como el calor recibido sean cantidades positivas. Igualando estas
cantidades de calor, puede obtenerse la capacidad térmica específica de la sustancia.

Qsale  Qentra
O bien:
mc (T f  Ti )  ma ca (T f  Ti )  mc cc (T f  Ti )

Como en la relación anterior sólo aparecen diferencias detemperaturas y los grados celsius
y los kelvin tiene la misma magnitud, pueden medirse todas las temperaturas bien en la
escala Celsio o en la Kelvin sin que se vea afectado el resultado.

Calorímetro
El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor
“suministradas” o “recibidas” por los sistemas, es decir, sirve para determinar la capacidad
térmica específica delsistema y para medir las cantidades de calor que “liberan” o
“absorben” los sistemas.
El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y
perfectamente aislado que contiene agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se
coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el
aumento de temperatura se comprueba con el...