Calorimetría: el calor mueve el mundo y también es esencial para nuestra supervivencia. Prueba de ello es el fuego, sin él no podemos comer ni calentarnos.
El calor, en otras formas, es indispensable para nuestra vida diaria. LA calorimetría estudia estos fenómenos.
Índice
LA calorimetría es el estudio de los fenómenos relacionados con los intercambios de energía térmica. Este tránsito de energía térmica se llama calor y ocurre debido a la temperatura entre cuerpos.
El calor es la energía transferida de un cuerpo a otro, siendo la única diferencia la temperatura entre los cuerpos. Esta transferencia de energía en forma de calor ocurre desde el cuerpo con la temperatura más alta al cuerpo con la temperatura más baja.
Cuando los cuerpos están térmicamente aislados en el exterior, la transferencia se produce hasta que se alcanzan las mismas temperaturas de los cuerpos, es decir, el equilibrio térmico.
Un cuerpo tiene energía interna y no calor en sí mismo. Es por eso que solo cuando se transmite energía existirá el calor.
La energía, que se encuentra en forma de calor, produce un cambio en la temperatura corporal llamado calor sensible. Cuando el estado físico del cuerpo cambia, esta energía se llama calor latente.
La energía térmica en tránsito tiene su magnitud denominada cantidad de calor (Q). La unidad de cantidad de calor es el Joule (j) según el Sistema Internacional (SI).
En la práctica, también se utiliza la unidad denominada caloría (cal). Ser:
1 cal = 4,1868 J
El calor específico (c) sería la constante de proporción de la ecuación fundamental de calorimetría. Este valor depende directamente de la sustancia existente en el organismo a estudiar.
El calor específico del hierro es de 0,00 cal / gº C. El calor específico del agua líquida es de 1 cal / gº C.
La capacidad térmica es una cantidad donde se calcula la masa y sustancia de la que está hecho el cuerpo.
C = m.c
Siendo que
C = capacidad térmica (j / ° C o cal / ° C)
m = masa (kg o g)
c = calor específico (J / kgº C o cal / gº C)
En un recipiente se colocaron 1,5 kg de agua a temperatura ambiente (20ºC). Cuando se calienta, la temperatura del agua se eleva a 85 ° C. Teniendo en cuenta que el calor específico es de 1 cal / gº C.
Se calcula la cantidad de calor que recibe el agua para alcanzar esta temperatura y la capacidad térmica de esa porción de agua. Para resolver este caso, necesitamos reemplazar todos los valores en la ecuación fundamental de calorimetría.
La atención a la unidad es muy importante. La masa de agua se expresa en kilogramos. Como la unidad de calor específica está en cal / gº C.
Es posible calcular la cantidad de calor recibido o transferido a un cuerpo que ha cambiado de estado físico.
Mientras este cuerpo recibe esta energía, cambiando de fase, su temperatura es constante. Este calor latente es la siguiente fórmula:
Q = m. L
Q = cantidad de calor (J o cal)
m = masa (kg o g)
L = calor latente (J / kg o cal / g)
¿Cuánto calor se necesita para que un bloque de hielo de 600 kg a 0 ° C se convierta en agua a esa temperatura? Debe tenerse en cuenta que el calor latente de fusión del hielo es de 80 cal / g.
Para este cálculo, reemplace los valores de la fórmula, sin olvidar transformar las unidades:
m = 600 kg = 600 000 g
L = 80 cal / gº C
Q = 600 000. 80 = 48 000 000 cal = 48 000 kcal
Cuando dos o más cuerpos intercambian calor, esta transferencia de calor se producirá de tal manera que el cuerpo con una temperatura más alta transferirá esta energía térmica al cuerpo con una temperatura más baja.
En sistemas térmicos aislados, estos intercambios de calor se producirán hasta que se establezca el equilibrio térmico entre ellos. La temperatura final será la misma entre los cuerpos. Y cuando se alcanza esta etapa, se conserva la energía total.
Es el momento en que se produce la transferencia de calor de un cuerpo a otro.
La propagación del calor se produce de tres formas diferentes:
La conducción térmica estudiada en calorimetría, ocurre cuando hay propagación de calor a través de la agitación térmica que ocurre en átomos y moléculas.
Esta agitación se transmite al cuerpo siempre que haya una diferencia de temperatura entre ellos. Es importante destacar que para que se produzca esta transmisión de energía térmica, es decir, calor, se necesita un material que sea el conductor. Suelen ser sólidos o fluidos.
Hay materiales que facilitan esta conducción. Entre ellos se encuentran los metales. También hay aislantes térmicos, que conducen el calor de manera imperfecta. Serían madera, corcho y espuma de poliestireno.
Un ejemplo de esta conducción de calor sería una sartén con una cuchara de aluminio. La cuchara se calienta muy rápido, incluso podría quemarnos la mano.
Por eso la cuchara tiene madera o materiales específicos donde las sujetemos, para evitar quemaduras.
La convección térmica es la transferencia de calor durante el transporte de material calentado debido a la diferencia de densidad. Esto ocurre en cuerpos líquidos y gaseosos (gases).
Cuando la sustancia se calienta, la densidad de este cuerpo disminuye. Este cambio en la densidad corporal crea un movimiento dentro del cuerpo gaseoso o líquido.
La parte que se ha calentado se elevará y la parte más densa del cuerpo descenderá, creando así movimiento dentro del líquido o gas. A esto se le llama corrientes de convección.
Esto explica con precisión el calentamiento del agua en una olla. A través de estas corrientes de convección, el agua más caliente sube y la más fría, que sería la más densa, desciende.
La irradiación térmica transfiere calor a través de ondas electromagnéticas. Esta transmisión de energía térmica no necesita un medio material para que los cuerpos reciban esta energía.
Un ejemplo de esto es la radiación solar en nuestro planeta, aquí los cuerpos no están en contacto.
Cuando se golpea un cuerpo, parte de la radiación se absorbe y esta parte se refleja. La cantidad de radiación absorbida aumentará la energía cinética de las moléculas del cuerpo.
Cuando los cuerpos están oscuros, absorben más radiación que está sobre ellos. Mientras que los cuerpos ligeros tienden a reflejar esta radiación.
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