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Capacidades
Térmicas Específicas
M. del Carmen Maldonado Susano
03/05/20161
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El alumno identificará e inferiráExperimentalmente la capacidadtérmica específica de algunassustancias, mediante la aplicación de laprimera ley de la termodinámica parasistemas cerrados y aislados.
03/05/20162
Objetivo
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Campo de estudio de la
termodinámica.
03/05/20163
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“La Termodinámica es la parte de la físicaque estudia la energía, sus transformacionesy los medios empleados para efectuar dichastransformaciones y aquellas propiedades delas sustancias que guardan alguna relacióncon la energía”.
03/05/20164
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03/05/20165
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Concepto de temperatura
Equilibrio térmico
la Ley Cero de la
Termodinámica.
03/05/20166
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Es una propiedad Intensiva dela materia que nos indica laenergía molecular de uncuerpo.
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Es una cantidad base delSistema Internacional
Su unidad es el kelvin (K).
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Punto de fusión del agua
Punto de ebullición del agua
A nivel del mar
C100
C0
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Celsius
Kelvin
Farenheit
Rankine
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Escala Kelvin
TK = T°C + 273.15 K
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Escala Celsius
T°C = TK - 273.15 K
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Escala Rankine
T°R = 9/5 TK
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Escala Rankine
T°R = T°F + 460
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Escala Fahrenheit
T°F = T°R – 459.67°R
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Escala Fahrenheit
T°F = 9/5 T°C + 32°F
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03/05/201617
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Determine las siguientes temperaturas en las
correspondientes escalas
100 °C K °R °F
0°C K °R °F
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Escalas
100 °C 373.15 K 672 °R 212°F
0°C 273.15 K 492 °R 32°F
KC TT
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Escalas
KC TT
Los incrementos en laTemperatura de una sustancia sepueden medir en la escala empírica(°C) o en la escala absoluta (K)porque ambas tienen el mismovalor.
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03/05/201621
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“Si un cuerpo A está en equilibriotérmico con un cuerpo C y un cuerpo Btambién está en equilibrio térmico con elcuerpo C, entonces los cuerpos A y Bestán en equilibrio térmico”.
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03/05/201623
A C B C
A B
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La temperatura de un sistemaes aquella propiedad quedetermina si se encuentra o noen equilibrio térmico con otrossistemas.
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Cuando dos o más sistemas seencuentran en equilibriotérmico se díce que tienen lamisma temperatura.
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“El cuerpo de mayor temperatura siempre va a ceder
energía en forma de calor al cuerpo de menor temperatura”
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Concepto de energía,
Energías en tránsito:
calor y trabajo.
03/05/201627
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Es la capacidad latente oaparente que poseen loscuerpos para producir cambiosen ellos mismos o en el medioque los rodea.
Es la capacidad de producirtrabajo.
03/05/201628
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Energía
En tránsito
Como propiedad del sistema
03/05/201629
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03/05/201630
• Es aquella energía que se transfiereentre dos cuerpos o sistemas.
• Se manifiesta en dos formas:
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En tránsito
Calor
Trabajo
Estas dos formas no son propiedades.
03/05/201631
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Es energía que se transfiere entre 2cuerpos a diferentes temperaturas.
El calor no es una propiedad ya que suvalor depende del proceso seguido.
03/05/201632
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Calor
Sensible
Latente
M del Carmen Maldonado Susano
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• Es el calor evidente al tacto y enel que se observa una variaciónde temperatura.
• No hay cambio de fase.
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2
1
T
TdTcmQ
)( 12 TTcmQ
03/05/201635
Q : Calor (J)
m : masa (kg)
c : capacidad térmica específica (J/kgK)
T : temperatura (K)
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Calor
Sensible
Latente
M del Carmen Maldonado Susano
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• Es la energía que se adiciona auna sustancia provocándolesólo un cambio de fase.
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• Matemáticamente:
mQ
λ : entalpia de transformación (J /kg)
m : masa (kg)
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• En este proceso la temperaturapermanece constante.
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03/05/201640
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Es la cantidad de energía enforma de calor que debesuministrarse a una sustancia,para que ésta aumente sutemperatura.
K
J
T
QC
Capacidad Térmica (C )
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Es una propiedad extensiva.
K
J
T
QC
Capacidad Térmica (C )
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Las sustancias difieren una de lasotras en la cantidad de calor quese necesita para producir unaelevación de temperatura dada auna masa determinada.
Capacidad Térmica Específica (c)
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Es la cantidad de energía en forma decalor que se debe suministrar a launidad de masa de una sustancia,para que ésta aumente una unidad sutemperatura.
Se expresa como:
Kkg
J
Tm
Qc
Capacidad Térmica Especifica (c)
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También se puede expresar como:
Kkg
J
m
Cc
Capacidad Térmica Especifica (c)
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03/05/201646
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a) Modelo Matemático
b) Significado físico de lapendiente
c) Capacidad térmica específicadel agua = ?
d) %Error de Exactitud
T tiempo (s)
19 0.00
21 43.33
23 110.00
25 190.00
27 256.67
29 433.33
• En el laboratorio de Física se midió la Temperatura y eltiempo de una Masa de agua = 150g, V = 6 volt, I = 2.5 A.Con base en ello determine:
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JtIVQ
wattIVP
03/05/201648
Calor y Potencia
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03/05/201649
Q (J) T (°C)
0 19650 211650 232850 253850 276500 29
Tabla de Datos
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03/05/201650
Q (J) T (°C)
0 19650 211650 232850 253850 276500 29
m= 618.571429
b= -12199.8119
)(81.1219957.618)( JCTC
JJQ
Modelo Matemático
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03/05/201651
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03/05/201652
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La pendiente es la Capacidad Térmica
Cm
C
Jm 57.618
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masa
Cc
Para obtener la Capacidad Térmica específica:
Ckg
Jc
15.0
57.618
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KKg
JouleCe
OH 4186
2
CKg
JouleCe OH
41232
Experimental
Teórico
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1004186
41234186% xEE
Experimental
5.1% EE
5.1100% E
5.98% E
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Sistema termodinámico (sistema)
Porción del espacio ocantidad de materia que seselecciona para realizar unanálisis energético.
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Sistema termodinámico (sistema)
Todo lo ajeno al sistema se conoce comoentorno o medio ambiente, y el límite realo hipotético se denomina frontera olímites del sistema.
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Sistema
Abierto
Cerrado
Aislado
Clasificación de Sistema
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SISTEMA CERRADO
• Es un sistema en el cual sólo existeintercambio de energía pero no haytransferencia de masa entre el mismoy sus alrededores.
• Como ejemplo podemos citar el gasencerrado en un cilindro en un motorde combustión interna o una ollatapada.
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SISTEMA ABIERTO o VOLUMEN DE CONTROL
Es un sistema en el cual existeintercambios de energía y materia.
Una turbina o una caldera sonejemplos de volúmenes de control.
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Sistema aislado
SISTEMA AISLADOEs aquel cuyas paredes no permiten
ni la transferencia de masa ni la
transferencia de energía.
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PROPIEDAD TERMODINÁMICA
Es una característica de unsistema termodinámico y sólodepende de la condición oestado en que se encuentre, esdecir es independiente de cómose llego a ese estado.
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Propiedades
Intensivas:No dependen de la masa.
Extensivas:Si dependen de la masa.
PROPIEDAD TERMODINÁMICA
• Pueden clasificarse en:
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“La energía ni se crea, ni se destruye sólo se
transforma”
Principio de la conservación de la Energía
EWQ
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• Se tiene una masa 1 de agua de 10 kg a una Tinicial de 10°C.
• Se tiene una masa 2 de agua de 35 kg a una Tinicial de75°C.
• Determine la Temperatura de equilibrio
021 AguaAgua QQ
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021 inicialeqAguaAguainicialeqAguaAgua TTCemTTCem
CTeq 5.60
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h : entalpía de fusión (Joule /Kg)= 333,000 (Joule /Kg)
Masa del hielo = 50 gMasa del agua = 250 gT inicial del hielo = 1 °C
T inicial del agua = 30 °C
• Se tiene una mezcla de un cubo de hielo de 50 gramos yagua líquida(250 g) a una temperatura de equilibrio de 15°C.
• Obtener
• A) la Entalpía de fusión
• B) El %Error Exactitud
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0 hieloAgua QQ
0)( hmToTeqCem hieloAguaAguaAgua
hielo
AguaAguaAgua
m
)ToTeq(Cemh
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0 hieloAgua QQ
Kg
Jh 000,313
hielo
AguaAguaAgua
m
)ToTeq(Cemh
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Termodinámica y sus aplicacionesSecretaría de Energía (SENER)
Apuntes de Principios de EnergéticaNúñez Orozco Félix
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