Concepto de calor
El calor es una forma de energia que puede transformarse en otras y viceversa. Consideramos dos cuerpos A y B a temperatura T1 y T2 suponemos que T1 es mayor que T2. al poner en contacto los dos cuerpos la experiencia nos demuestra que pasa de A a B una cierta energia que denominamos calor. En este caso decimos que el calor pasa del cuerpo caliente al frio por conducción. Las moléculas del cuerpo caliente estan muy excitadas y tienen una gran energia de vibracion. Estas chocan con las vecinas mas lentas del cuerpo frio y comparten con ellas algo de su energia de movimiento por tanto la energia de movimiento termico se transmite de una molécula a la siguiente aunque cada molécula permanece en su posición original.
La unidad de calor es la caloria (cal) o tambien cal-gr que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 g de H2O, tambien se utiliza la Kcal que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 Kg de H2O.
Intercambios de calor
Experimentalmente se conoce que la energia calorifica absorbida o cedida por un cuerpo es proporcional a su masa(m) a la variación de temperatura que experimenta el cuerpo (T) y tambien a la naturaleza del cuerpo.
Todo esto se relacionaria con la siguiente expresión:
Q=m c T
Que seria la cantidad de calor ganada o cedida por el cuerpo. En la formula c es el calor especifico del cuerpo es decir la cantidad de calor necesaria para incrementar 1ºC la temperatura de 1 g de dicha sustancia.
En general los calores especificos varian con al temperatura. En la practica se suelen dar valores medios o bien los calores especificos correspondientes a una temperatura de 20 ºC.
El agua es uno de los cuerpos con mayor calor especifico por esto su valor se toma como unidad definiendose la caloria como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 g de H2O desde 14.5ºC a 15.5 ºC por tanto el calor especifico del H2O es igual a 1 cal/gr ºC.
La relacion entre unidades de calor y trabajo se realizo midiendo la cantidad de trabajo W necesario para obtener una cantidad de calor Q. joule establecio la siguiente relacion entre trabajo y calor:
Wrealizado/Qproducido=cte=J
W=J Q
J es una constante denominada equivalente mecanico del calor y es la cantidad de trabajo que trasformado en calor produce 1 caloria. Experimentalmente se demuestra que
J=4.1855 J/cal
El inverso de J se denomina A que es el equivalente termico del trabajo.
A=1/J=1/4.1855=0.2389 calorias " 0.24 cal /J
Es decir 1 caloria= 4.18 J
1 J= 0.24 cal
en la formula anterior Q=m c T el producto de la masa por el calor especifico se denomina capacidad calorifica y es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un cuerpo aumente en 1ºC o en 1 K.
C= m c = capacidad calorifica
La unidad de la capacidad calorifica es la cal/grado o J/grado.
Cuando un cuerpo recibe energia calorifica su temperatura aumenta excepto cuando esta experimentando un cambio de estado fisico.
En este caso la temperatura constante mientras se realiza el cambio. El calor absorbido o cedido en estos casos se llama calor de transformación o calor de cambio de estado. En el caso de los gases es muy importante determinar en que condiciones de presion y de volumen reciben el calor. Se define por tanto dos tipos de calor especifico o presion constante Cp y a volumen constante Cv.
Tambien en lugar de la masa se utiliza el numero de moles
Qp= n cp T
Qv= n cv T
Calores especificos de los solidos
Sabemos que para un solido el calor especifico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g masa de dicho solido 1ºC. del estudio experimental de muchos solidos monoatomocios se deduce el calor atomico Q= M c = Patomico ce= 6.4. es decir el producto de la masa atomica por el calor especifico del solido vale aproximadamente 6.4 cal/atomo grado. Esta es la ley de Dulong y Petit. Por tanto el calor especifico de una sustancia es aproximadamente igual 6.4/Patomico "cte.
Estudiando el grafico poemos ver que esta ley es solamente
aproximada ya que no se cumple para el Cr y el C, sin
embargo para estos elementos el producto del peso
atomico por el calor especifico se aproxima a 6,
a medida que se eleva la temperatura, esto que parece
una excepcion es un hecho general ya que los calores
atomicos de los solidos varian con la temperatura teniendo
a 6 a temperaturas elevadas y anulandose en las
proximidades del 0 absoluto, la ley de Dulong y Petit
es por tanto una ley limite y las discrepancias con los
datos experimentales son mayores a medida que las temperaturas disminuyen. Esto es inexplicable según la fisica clasica si se explican mediante los conceptos de la fisica cuantica establecidos por Planck.
Calorimetria
Es la parte de la termología que estudia la medida del calor de los cuerpos. Todos los calculos de la calorimetria se fundamentan en los siguientes principios:
cuando se ponen en contacto dos cuerpos a temperaturas distintas el mas caliente cede calor al frio hasta que ambos quedan a una temperatura intermedia de las que tenian al principio.
el calor ganado por un cuerpo es exactamente igual al cedido por el otro.
Si tenemos un cuerpo de masa m1, calor especifico c1 y que esta a una temperatura t1 y otro de masa m2, calor especifico c2 y que esta a una temperatura t2 y suponemos que t1>t2 al ponerlos en contacto ambos quedaran a una temperatura intermedia te cumpliendose que t1>te>t2. el calor perdido por el cuerpo caliente sera Qp=m1 c1 (t1-te)
El calor ganado por el cuerpo frio sera Qg=m2 c2 (te-t2)
Qp = Qg
La temperatura, que se simboliza T, es una manifestación de la materia detectable por los sentidos de nuestra piel y -fundamentalmente- por los termómetros. Si necesitas hilar más fino podes ir , donde te explico que se trata de una propiedad emergente de la energía cinética promedio de todas las moléculas y átomos que integran un cuerpo (del movimiento, de la agitación). Y no me voy a explayar más porque vos sabes perfectamente qué es y cómo se mide la temperatura. (No me hagas calentar).
Calor, que se simboliza Q, en cambio, no es algo fácil de medir ni explicar. Calor es energía fluyendo de un cuerpo a otro del que te podes dar cuenta porque advertís cambios de temperatura, o cambios de estado (por ejemplo, sólido a líquido) u otro cambio un poco más sutil... aunque, ya vas a ver: no hay ambigüedades.
El siguiente ejemplo es bastante esclarecedor: suponete que se ponen en contacto dos cuerpos, uno que está muy caliente, y el otro muy frío (dicho en fino: uno a muy alta temperatura y el otro a muy baja temperatura). Al estar en contacto, espontáneamente, el cuerpo de mayor temperatura le cede calor al de menor temperatura, que la recibe.
De modo que como el calor es energía, podremos medirlo es joules, J, aunque es muy frecuente el uso de una unidad especial para este tipo de energía también bastante especial: se llama caloría, y se simboliza cal. La relación entre ambas es:
1 cal = 4,187 J
o también
1 J = 0,24 cal
Existen otros modos de entregarle calor a un cuerpo que no sea poniéndolo en contacto con otro cuerpo a mayor temperatura. Un modo práctico que utilizamos mucho en casa es colocar el cuerpo arriba de la hornalla (prendida, vivo).
CALOR Y AUMENTO DE TEMPERATURA
Si le entregamos a varios cuerpos diferentes una misma cantidad de calor (por ejemplo colocando a todos el mismo tiempo sobre la hornalla) no todos van a sufrir el mismo cambio de temperatura.
Por ejemplo si colocás 1 litro de agua sobre la hornalla 1 minuto, o 100 ml de agua el mismo tiempo... no te aconsejo que metas el dedo en el de 100 ml, te vas a quemar. Parece lógico: hace falta más calor para lograr un mismo aumento de la temperatura en un cuerpo de mayor masa.
Pero también hay una característica intrínseca de los cuerpos que los hace más fáciles o más difíciles de calentar. Si colocamos 1 litro de agua 1 minuto sobre la hornalla o colocamos 1 kilo de hierro el mismo tiempo... no vayas a retirar el hierro sin una agarradera. Ambos cuerpos tienen la misma masa, pero el hierro aumenta mucho su temperatura, en cambio el agua mucho menos. Está claro que el hierro es más fácil de calentar.
Todo lo dicho se puede resumir en una sencilla expresión que describe los cambios de temperatura de los cuerpos al recibir o ceder calor.
donde c es la propiedad intrínseca de los materiales, llamada calor específico, (algunas veces también: calor sensible) que describe cuán fácil o difícil resulta variarle su temperatura.
Acá tenés una tabla de calores específicos de algunos materiales corrientes.
En algunos casos la propiedad intrínseca se atribuye al cuerpo y no a la sustancia de la que está hecho. En ese caso se le da el nombre de capacidad calorífica, y se simboliza con la C mayúscula. Si se tratase de un cuerpo homogéneo constituido por una sustancia única, tendremos:
C = c . m
La expresión de variación de temperatura quedará expresada de este modo:
Q = C . (TF – T0)
CALOR Y CAMBIO DE ESTADO
Los cambios de estado de agregación de la materia (sólido a líquido, etcétera), también son consecuencia de la pérdida o la ganancia de calor. Durante un cambio de estado la temperatura se mantiene constante. Por ejemplo, mientras el hielo se derrite, la temperatura se mantiene estable a cero grado centígrado. Y mientras el agua se evapora -o sea, mientras está hirviendo- se mantiene a 100 grados.
Para derretir más hielo, necesitás más calor. Esas magnitudes son directamente proporcionales. Pero con la misma cantidad de calor que derretís un kilo de hielo podés derretir como 15 kilos de plomo (lógicamente, tenés que tener esos materiales a su temperatura de fusión: cero para el hielo, 327 para el plomo).
Resumiendo: el cambio de estado no sólo depende de la cantidad de materia que cambia, sino también de una propiedad intrínseca de la materia llamada calor latente que se simboliza con la letra L mayúscula:
LF, calor latente de fusión, y LV, calor latente de vaporización.
Q = L . m
La tabla siguiente te muestra algunos calores latentes y la temperatura a la que ocurren los procesos de cambio de estado.
https://www.youtube.com/watch?v=DuRvzUDQVkA
El calor es una forma de energia que puede transformarse en otras y viceversa. Consideramos dos cuerpos A y B a temperatura T1 y T2 suponemos que T1 es mayor que T2. al poner en contacto los dos cuerpos la experiencia nos demuestra que pasa de A a B una cierta energia que denominamos calor. En este caso decimos que el calor pasa del cuerpo caliente al frio por conducción. Las moléculas del cuerpo caliente estan muy excitadas y tienen una gran energia de vibracion. Estas chocan con las vecinas mas lentas del cuerpo frio y comparten con ellas algo de su energia de movimiento por tanto la energia de movimiento termico se transmite de una molécula a la siguiente aunque cada molécula permanece en su posición original.
La unidad de calor es la caloria (cal) o tambien cal-gr que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 g de H2O, tambien se utiliza la Kcal que es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de 1 Kg de H2O.
Intercambios de calor
Experimentalmente se conoce que la energia calorifica absorbida o cedida por un cuerpo es proporcional a su masa(m) a la variación de temperatura que experimenta el cuerpo (T) y tambien a la naturaleza del cuerpo.
Todo esto se relacionaria con la siguiente expresión:
Q=m c T
Que seria la cantidad de calor ganada o cedida por el cuerpo. En la formula c es el calor especifico del cuerpo es decir la cantidad de calor necesaria para incrementar 1ºC la temperatura de 1 g de dicha sustancia.
En general los calores especificos varian con al temperatura. En la practica se suelen dar valores medios o bien los calores especificos correspondientes a una temperatura de 20 ºC.
El agua es uno de los cuerpos con mayor calor especifico por esto su valor se toma como unidad definiendose la caloria como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 g de H2O desde 14.5ºC a 15.5 ºC por tanto el calor especifico del H2O es igual a 1 cal/gr ºC.
La relacion entre unidades de calor y trabajo se realizo midiendo la cantidad de trabajo W necesario para obtener una cantidad de calor Q. joule establecio la siguiente relacion entre trabajo y calor:
Wrealizado/Qproducido=cte=J
W=J Q
J es una constante denominada equivalente mecanico del calor y es la cantidad de trabajo que trasformado en calor produce 1 caloria. Experimentalmente se demuestra que
J=4.1855 J/cal
El inverso de J se denomina A que es el equivalente termico del trabajo.
A=1/J=1/4.1855=0.2389 calorias " 0.24 cal /J
Es decir 1 caloria= 4.18 J
1 J= 0.24 cal
en la formula anterior Q=m c T el producto de la masa por el calor especifico se denomina capacidad calorifica y es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un cuerpo aumente en 1ºC o en 1 K.
C= m c = capacidad calorifica
La unidad de la capacidad calorifica es la cal/grado o J/grado.
Cuando un cuerpo recibe energia calorifica su temperatura aumenta excepto cuando esta experimentando un cambio de estado fisico.
En este caso la temperatura constante mientras se realiza el cambio. El calor absorbido o cedido en estos casos se llama calor de transformación o calor de cambio de estado. En el caso de los gases es muy importante determinar en que condiciones de presion y de volumen reciben el calor. Se define por tanto dos tipos de calor especifico o presion constante Cp y a volumen constante Cv.
Tambien en lugar de la masa se utiliza el numero de moles
Qp= n cp T
Qv= n cv T
Calores especificos de los solidos
Sabemos que para un solido el calor especifico es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g masa de dicho solido 1ºC. del estudio experimental de muchos solidos monoatomocios se deduce el calor atomico Q= M c = Patomico ce= 6.4. es decir el producto de la masa atomica por el calor especifico del solido vale aproximadamente 6.4 cal/atomo grado. Esta es la ley de Dulong y Petit. Por tanto el calor especifico de una sustancia es aproximadamente igual 6.4/Patomico "cte.
Estudiando el grafico poemos ver que esta ley es solamente
aproximada ya que no se cumple para el Cr y el C, sin
embargo para estos elementos el producto del peso
atomico por el calor especifico se aproxima a 6,
a medida que se eleva la temperatura, esto que parece
una excepcion es un hecho general ya que los calores
atomicos de los solidos varian con la temperatura teniendo
a 6 a temperaturas elevadas y anulandose en las
proximidades del 0 absoluto, la ley de Dulong y Petit
es por tanto una ley limite y las discrepancias con los
datos experimentales son mayores a medida que las temperaturas disminuyen. Esto es inexplicable según la fisica clasica si se explican mediante los conceptos de la fisica cuantica establecidos por Planck.
Calorimetria
Es la parte de la termología que estudia la medida del calor de los cuerpos. Todos los calculos de la calorimetria se fundamentan en los siguientes principios:
cuando se ponen en contacto dos cuerpos a temperaturas distintas el mas caliente cede calor al frio hasta que ambos quedan a una temperatura intermedia de las que tenian al principio.
el calor ganado por un cuerpo es exactamente igual al cedido por el otro.
Si tenemos un cuerpo de masa m1, calor especifico c1 y que esta a una temperatura t1 y otro de masa m2, calor especifico c2 y que esta a una temperatura t2 y suponemos que t1>t2 al ponerlos en contacto ambos quedaran a una temperatura intermedia te cumpliendose que t1>te>t2. el calor perdido por el cuerpo caliente sera Qp=m1 c1 (t1-te)
El calor ganado por el cuerpo frio sera Qg=m2 c2 (te-t2)
Qp = Qg
La temperatura, que se simboliza T, es una manifestación de la materia detectable por los sentidos de nuestra piel y -fundamentalmente- por los termómetros. Si necesitas hilar más fino podes ir , donde te explico que se trata de una propiedad emergente de la energía cinética promedio de todas las moléculas y átomos que integran un cuerpo (del movimiento, de la agitación). Y no me voy a explayar más porque vos sabes perfectamente qué es y cómo se mide la temperatura. (No me hagas calentar).
Calor, que se simboliza Q, en cambio, no es algo fácil de medir ni explicar. Calor es energía fluyendo de un cuerpo a otro del que te podes dar cuenta porque advertís cambios de temperatura, o cambios de estado (por ejemplo, sólido a líquido) u otro cambio un poco más sutil... aunque, ya vas a ver: no hay ambigüedades.
El siguiente ejemplo es bastante esclarecedor: suponete que se ponen en contacto dos cuerpos, uno que está muy caliente, y el otro muy frío (dicho en fino: uno a muy alta temperatura y el otro a muy baja temperatura). Al estar en contacto, espontáneamente, el cuerpo de mayor temperatura le cede calor al de menor temperatura, que la recibe.
El calor hace que el cuerpo frío aumente su temperatura y el de mayor temperatura la disminuya. El proceso sigue hasta que la temperatura de ambos cuerpos se iguala.
El calor siempre "fluye" espontáneamente desde el cuerpo que se halla a mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.
De modo que como el calor es energía, podremos medirlo es joules, J, aunque es muy frecuente el uso de una unidad especial para este tipo de energía también bastante especial: se llama caloría, y se simboliza cal. La relación entre ambas es:
1 cal = 4,187 J
o también
1 J = 0,24 cal
Existen otros modos de entregarle calor a un cuerpo que no sea poniéndolo en contacto con otro cuerpo a mayor temperatura. Un modo práctico que utilizamos mucho en casa es colocar el cuerpo arriba de la hornalla (prendida, vivo).
CALOR Y AUMENTO DE TEMPERATURA
Si le entregamos a varios cuerpos diferentes una misma cantidad de calor (por ejemplo colocando a todos el mismo tiempo sobre la hornalla) no todos van a sufrir el mismo cambio de temperatura.
Por ejemplo si colocás 1 litro de agua sobre la hornalla 1 minuto, o 100 ml de agua el mismo tiempo... no te aconsejo que metas el dedo en el de 100 ml, te vas a quemar. Parece lógico: hace falta más calor para lograr un mismo aumento de la temperatura en un cuerpo de mayor masa.
Pero también hay una característica intrínseca de los cuerpos que los hace más fáciles o más difíciles de calentar. Si colocamos 1 litro de agua 1 minuto sobre la hornalla o colocamos 1 kilo de hierro el mismo tiempo... no vayas a retirar el hierro sin una agarradera. Ambos cuerpos tienen la misma masa, pero el hierro aumenta mucho su temperatura, en cambio el agua mucho menos. Está claro que el hierro es más fácil de calentar.
Todo lo dicho se puede resumir en una sencilla expresión que describe los cambios de temperatura de los cuerpos al recibir o ceder calor.
donde c es la propiedad intrínseca de los materiales, llamada calor específico, (algunas veces también: calor sensible) que describe cuán fácil o difícil resulta variarle su temperatura.
Acá tenés una tabla de calores específicos de algunos materiales corrientes.
En algunos casos la propiedad intrínseca se atribuye al cuerpo y no a la sustancia de la que está hecho. En ese caso se le da el nombre de capacidad calorífica, y se simboliza con la C mayúscula. Si se tratase de un cuerpo homogéneo constituido por una sustancia única, tendremos:
C = c . m
La expresión de variación de temperatura quedará expresada de este modo:
Q = C . (TF – T0)
CALOR Y CAMBIO DE ESTADO
Los cambios de estado de agregación de la materia (sólido a líquido, etcétera), también son consecuencia de la pérdida o la ganancia de calor. Durante un cambio de estado la temperatura se mantiene constante. Por ejemplo, mientras el hielo se derrite, la temperatura se mantiene estable a cero grado centígrado. Y mientras el agua se evapora -o sea, mientras está hirviendo- se mantiene a 100 grados.
Para derretir más hielo, necesitás más calor. Esas magnitudes son directamente proporcionales. Pero con la misma cantidad de calor que derretís un kilo de hielo podés derretir como 15 kilos de plomo (lógicamente, tenés que tener esos materiales a su temperatura de fusión: cero para el hielo, 327 para el plomo).
Resumiendo: el cambio de estado no sólo depende de la cantidad de materia que cambia, sino también de una propiedad intrínseca de la materia llamada calor latente que se simboliza con la letra L mayúscula:
LF, calor latente de fusión, y LV, calor latente de vaporización.
Q = L . m
La tabla siguiente te muestra algunos calores latentes y la temperatura a la que ocurren los procesos de cambio de estado.
https://www.youtube.com/watch?v=DuRvzUDQVkA