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Introducción

El calor es parte de nuestra vida diaria, partiendo desde la temperatura de nuestro cuerpo, hasta los fenómenos de la naturaleza que suceden día a día. Por ello el estudiar sus reacciones, medición y estudio nos parecen muy importantes.

Nuestro objetivo en el siguiente trabajo es explicar y dar a conocer algunos conceptos relacionados con el calor y su medición.

Calorimetría

• Concepto de calorimetría:

Según las teorías que iniciaron el estudio de la calorimetría, el calor era una especie de fluido muy sutil que se producía en las combustiones y pasaba de unos cuerpos a otros, pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor cantidad.

Posteriormente, se observó que, cuando se ejercía un trabajo mecánico sobre un cuerpo (al frotarlo o golpearlo, por ejemplo), aparecía calor; hecho que contradecía el principio de conservación de la energía, ya que desaparecía una energía en forma de trabajo mecánico, además de que se observaba la aparición de calor sin que hubiese habido combustión alguna.

Benjamin Thompson puso en evidencia este hecho cuando dirigía unos trabajos de barrenado de cañones observando que el agua de refrigeración de los taladros se calentaba durante el proceso. Para explicarlo, postuló la teoría de que el calor era una forma de energía.

Thompson no consiguió demostrar que hubiese conservación de energía en el proceso de transformación de trabajo en calor, debido a la imprecisión en los aparatos de medidas que usó. Posteriormente, Prescott Joule logró demostrarlo experimentalmente, llegando a determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume, que es de 0,239 calorías por cada julio de trabajo que se transforma íntegramente en calor.

Calorimetría es la medida de la cantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo.

• Unidades de medida:

En las ciencias físicas, la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que la energía y el trabajo, es decir, en julios. Otra unidad es la caloría, definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1 atmósfera de presión desde 15 hasta 16 °C. Esta unidad se denomina a veces caloría pequeña o caloría gramo para distinguirla de la caloría grande, o kilocaloría, que equivale a 1.000 calorías y se emplea en nutrición. La energía mecánica puede convertirse en calor a través del rozamiento, y el trabajo mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico del calor. A una caloría le corresponden 4,1855 julios. Según la ley de conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los que se realiza el trabajo. Joule fue el primero en demostrarlo de forma fehaciente en un experimento clásico: calentó agua en un recipiente cerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de temperatura del agua era proporcional al trabajo realizado para mover las ruedas.

Cuando el calor se convierte en energía mecánica, como en un motor de combustión interna, la ley de conservación de la energía también es válida. Sin embargo, siempre se pierde o disipa energía en forma de calor porque ningún motor tiene una eficiencia perfecta.

Expresada en fórmula:

donde:

C = Q C = capacidad calórica

tº Q = cantidad de calor

tº = variación de temperatura

gºC donde:

c = C c = calor específico

m C = capacidad calórica

m = masa

Esto va a significar que todas las sustancias tienen calor específico diferente. Se puede comparar en la siguiente tabla:

Esta es la fórmula que nos permite calcular la cantidad de calor absorbido o absorbida por un cuerpo

Reemplazando la capacidad calórica (C):

c = Q

tº m

Despejando:

Q = c tº m

El calor absorbido o cedido origina transferencia calórica de un cuerpo a otro, ya que el calor que un cuerpo cede es absorbido por otro cuerpo. Esto lo notas al mezclar agua caliente y agua fría: el resultado es agua tibia, debido a que el agua caliente cede una determinada cantidad de calor que la absorbe el agua fría.

Esta situación da origen al principio de las mezclas calóricas:

Si lo representamos en fórmula: Q absorbido = Q cedido

• Ejemplos:

• La cantidad de calor que un cuerpo cede o absorbe tiene relación directa con el calor específico que él posee; por ejemplo, el calor específico del agua es 1cal y el del alcohol es 0,6cal; esto significa que

gºC

la cantidad de calor que absorbe 1g de agua es mayor que la cantidad de calor que absorbe 1g de alcohol para elevar su temperatura en 1ºC.

• Si cambia la cantidad de calor de una sustancia, por cesión o absorción de él, cambia la temperatura en la misma proporción.

• Cuando se coloca ropa a secar cerca de la estufa, el calor se transmite desde la estufa hasta la ropa logrando secarla evaporando el agua.

• Cuando ponemos agua a calentar al fuego, el calor de la llama se transmite hasta la tetera donde se guarda el agua que comienza a calentarse.

• 
  Dibujos:




Análisis

La calorimetría es la cantidad determinada del calor, para tener esto claro se necesitan unos conceptos:

Caloría, capacidad calórica, calor específico.

Cada uno de estos conceptos indican la cantidad de calor que absorbe para variar la temperatura del cuerpo, varia la temperatura en grados celsius (ºC).

Estos conceptos están expresados en fórmulas.

• Capacidad calórica:

C = capacidad calórica

Q = cantidad de calor

tº = variación de temperatura, es decir, diferencia entre la temperatura mayor o menor.

C = Q

tº

• Calor específico:

C = calor específico

C = capacidad calórica

m = masa

C = C

M

Al mezclar cuerpos de diferente temperatura el calor absorbido por cuerpos fríos y por los cuerpos calientes quedan todos a temperatura común.

Q absorbido = Q cedido

Cesión de calor = captación de calor

Aplicación de ejercicios

• ¿Qué cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre cuya masa es 25g si se encuentra a una temperatura de 8ºC y se desea que alcance una temperatura final de 20ºC?

Datos:

Q = x

m = 25g

ce = 0,093cal

ºC g

tº inicial = 8ºC

tº final = 20ºC tº = 20ºC - 8ºC = 12ºC

Aplicando la fórmula: Q = c tº m

Reemplazando: Q = 25g · 12ºC · 0,093cal

ºC g

Q = 27,9 calorías

• ¿Cuánto calor necesitan 250cc de agua para llegar a una temperatu-ra de 100ºC, es decir, para convertirse en vapor, si se encuentra a una temperatura de 20ºC?

Datos:

Q = x

m = 255cc = 255g

ce = 1cal

ºC g

tº inicial = 20ºC

tº final = 100ºC tº = 100ºC - 20ºC = 80ºC

Aplicando la fórmula: Q = c tº m

Reemplazando: Q = 255g · 80ºC · 1cal

ºC g

Q = 20.000 calorías

• ¿Cuánto calor necesitaría absorber un trozo de hielo de 420g para convertirse en un líquido de 20ºC si se encuentra a una temperatura de -20ºC?

Datos:

Q = x

m = 420g

ce = 0,505cal

ºC g

tº inicial = -20ºC

tº final = 20ºC tº = 20ºC - (-20)ºC = 40ºC

Reemplazando: Q = 420g · 40ºC · 0,505cal

ºC g

Q = 8.484 calorías

• ¿Qué cantidad de calor necesita un trozo de hierro cuya masa es de 731g si se encuentra a una temperatura inicial de 10ºC y se desea que alcance una temperatura final de 25ºC?

Datos:

Q = x

m = 731g

ce = 0,113cal

ºC g

tº inicial = 10ºC

tº final = 25ºC tº = 25ºC - 10ºC = 15ºC

Reemplazando: Q = 731g · 15ºC · 0,113cal

ºC g

Q = 1.239,045 calorías

Conclusión

Gracias a este trabajo aprendimos al fin lo que es la calorimetría, y también 3 conceptos básicos para entender esta materia. Realizamos ejercicios y ejemplos de la vida diaria que nos ayudaron a entender este concepto.

A pesar de lo difícil de esta materia logramos hallar un concepto común de calorimetría que es: la medida del calor que absorbe o cede un cuerpo.

Bibliografía

La mayoría de la información que necesitamos para la realización de este trabajo la obtuvimos de:

• Ciencias aprendiendo, educación media. Editorial Santillana

• Enciclopedia Mentor. Editorial Océano.

Calorimetría

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