Calores Específicos:

EVALUACIÓN:1. Defina el calor específico de un material. ¿Cuál es la diferencia con

capacidad calorífica?

El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de materia. El concepto de capacidad calorífica es análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).

El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura donde es el calor específico del sistema o el incremento de temperatura que experimenta el sistema.

Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg· K) y cal / (g · °C).

El calor específico de un material depende de su temperatura; no obstante, en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede considerarse que el calor específico es constante. Asimismo, también se diferencia del proceso que se lleve a cabo, distinguiéndose especialmente el "calor específico a presión constante" (en un proceso isobárico) y "calor específico a volumen constante (en un proceso isocórico).

2. ¿Qué es un recipiente térmicamente aislado? Describirlo y explicar cómo funciona.

Un recipiente térmicamente aislado es aquel que no intercambia ni materia ni energía (idealmente) con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico. Un ejemplo de aislamiento térmico podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes adiabáticas) como para considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables y que tampoco puede intercambiar energía en forma de trabajo.

3. ¿Qué es un calorímetro?

Un calorímetro es un recipiente con dos cámaras. La primera cámara tiene la reacción que se quiere medir. La segunda cámara tiene un volumen medido de agua. Estas dos cámaras están separadas por una pared de metal que conduce el calor de la reacción con el agua sin dejar que se

mezclen. Ambos están aislados por lo que el calor se queda dentro del calorímetro tanto como sea posible. Un termómetro mide la temperatura del agua. El termómetro es sellado alrededor del calorímetro para evitar que el calor y el a gua se escapen.

El calorímetro consta de un recipiente que contiene una masa de agua líquida con una temperatura inicial. Se introduce en el agua la sustancia que queremos analizar, de masa y temperatura inicial conocidas, y con un calor específico desconocido.

Entre ambas masas se produce un intercambio de calor hasta que se alcanza el equilibrio térmico, con una temperatura final común. El aislante del calorímetro asegura que el calor cedido por la sustancia caliente sea absorbido por la fría, sin que haya pérdidas

4. ¿Qué es un frasco Dewar?

Un frasco Dewar es un recipiente diseñado para proporcionar aislamiento térmico, disminuir las pérdidas de calor por conducción, convección o radiación. Es llamado así por su inventor, el físico escocés James Dewar, (1842 – 1923). 

Su principal utilización es en el almacenamiento de Nitrógeno líquido (cuyo punto de ebullición es de 77° K) y Oxígeno líquido (su punto de ebullición es a 90° K), durante mucho tiempo sin necesidad de refrigeración. 

Para almacenar Helio, que posee un punto de ebullición bajísimo, (4.2° K) el frasco de Dewar debe tener una capa cuádruple de vidrio y el espacio entre paredes se llena con Nitrógeno líquido. Debido a que los vasos Dewar de cristal son frágiles y más costosos de fabricar, para estos fines los fabricantes suelen usar variantes de plástico o metal.

5. ¿Cuál es la diferencia si en vez de agua usamos vino para hallar el calor específico del aluminio?

Para este caso se debería tener ya medido el calor especifico del vino,

previamente el valor de su masa y temperatura inicial. Luego con los pasos

ya mencionados en el procedimiento, se obtendrá el calor especifico del

aluminio.

6. Investigue cuantos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de cada uno de ellos.

Se distinguen dos tipos principalmente de calorímetros: aquellos que funcionan a presión constante (por ejemplo en condiciones de atmósfera abierta) y aquellos que funcionan en condiciones de volumen constante (bombas calorimétricas).

a) Calorímetro de agua: Consiste en una vasija de metal de paredes delgadas, cuya capacidad es aproximadamente de dos litros y cuya superficie exterior esta niquelada con el fin de reducir la perdida de calor por radiación, la vasija contiene una cantidad conocida de agua y esta provista de una tapa a través de la cual pasa un termómetro.

b) Calorímetro de flujo continuo: Es utilizado para determinar el equivalente mecánico de calor. Una corriente continua de agua entre en el calorímetro, fluye a través de un tubo rodeando la resistencia de alambre y sale por el otro extremo del tubo, se coloca un termómetro a la entrada y otro a la salida del tubo y la potencia eléctrica gastada se mide con el amperímetro y el voltímetro. Para usar el calorímetro se hace que el agua comience a fluir y se establece la corriente, se leen los termómetros a intervalos de un minuto.

Además tenemos los siguientes tipos de calorímetros variantes en características:

c) Calorímetro adiabático: Los calorímetros adiabáticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener

aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce.

d) Microcalorímetro: Es el tipo de calorímetro más usado. Estrictamente hablando, no es un medidor de potencia pero es un instrumento para determinar la eficiencia efectiva de un montaje bolométrico. Fue originalmente inventado para la calibración de metal wire bolometers, perotermistores y películas bolométricas también pueden ser calibradas por este método. 

e) Calorímetro de cambio de estado: Este tipo de calorímetro no es muy usado. El calor a ser medido funde una cantidad de sólido o hierve una cantidad de líquido. El medio está en equilibrio térmico y por eso todo el calor entrante es usado para producir el cambio de estado.

7. Enumere y explique tres fuentes de error cometidos en este experimento.

A. Pérdida de calor por parte de los sólidos al sacarlos del agua caliente y ponerlos en contacto con el medio ambiente antes de introducirlos al calorímetro.

B. El calorímetro no se encontraba totalmente aislado del medio ambiente.C. Falta de precisión al tomar el registro de los pesos de los sólidos, el

calorímetro y el agua. Actúan de igual modo en todas las ocasiones que se realice una medición, es decir, sistemáticamente. Se caracterizan por actuar siempre en el mismo sentido (ya sea por exceso o por defecto) y porque su valor es, o bien constante o directamente proporcional al valor de la medición.

8. Si tenemos una pieza recientemente construida y observamos que su temperatura se encuentra por encima de los 300°C, ¿Cómo podemos medir su temperatura real si solamente tenemos un termómetro que mide como máximo hasta los 150°?

Para poder medir la temperatura real de la pieza en este caso se puede usar un calorímetro conociendo el equivalente en agua del calorímetro; esto es masa del calorímetro por calor especifico del mismo.

En este tipo de procedimiento se debe utilizar una gran cantidad de agua debido a las altas temperaturas. Entonces tenemos:

Gananciade calor enagua+Gananciadecalor encalorimetro=Calor perdido

Dentro del calorímetro se mide la temperatura de equilibrio Te, la masa de agua debe ser tal que la temperatura descienda a menos de 150° C, entonces:

M agua×CEagua× (TE−T inicial )+K × (TE−T inicial )=M pieza×CE pieza×(TE−Tx )

Donde Tx es la temperatura real que deseamos halar.