Calor, temperatura y calorimetría: fundamentos de termodinámica

Resumen

El documento introduce los conceptos básicos de energía, temperatura y calor, y distingue entre ambos. Después explica la calorimetría: el calor específico, la ecuación Q = m·Ce·(Tf − Ti), el funcionamiento del calorímetro y la corrección para un calorímetro real. Finalmente trata los cambios de estado, con el calor sensible y el calor latente, y mencionar brevemente la humedad.

Puntos clave

La energía es la capacidad de transformar la materia y producir trabajo; se clasifica en cinética y potencial.
La temperatura es la agitación molecular de una sustancia y se mide en °C, °F o °K.
El calor es la energía que se entrega a un cuerpo para aumentar su temperatura; no es lo mismo que la temperatura.
El calor específico es la cantidad de calor que almacena un cuerpo por gramo y es propio de cada sustancia.
La ecuación fundamental de la calorimetría es Q = m · Ce · (Tf − Ti).
Durante un cambio de estado la temperatura no varía; el calor latente se calcula como Q = m · λ.

Ponte a prueba

Energía y sus Fundamentos

La energía es la capacidad de transformar la materia y producir trabajo. Dado que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Clasificación

Cinética
Potencial

Tipos de energía

Solar
Hidráulica
Eléctrica
Calórica
Lumínica

Unidades: Calorías, Joules, Ergios.

Temperatura

Es la agitación molecular de una sustancia en un momento determinado. Se mide mediante un termómetro.

Unidades: °C, °F, °K.

Calor y Termodinámica

Definición de Calor

Es la energía que se le entrega a un cuerpo para que este aumente su temperatura. Es fundamental distinguir que calor y temperatura no son iguales: el calor es la energía transferida, mientras que la temperatura es la magnitud física que mide dicha agitación térmica.

Experiencia de Joule-Thomson

Consiste en la constante de un sistema para calentar H₂O mediante energía potencial.

Calorimetría

Calor Específico

Es la cantidad de calor que almacena un cuerpo por gramo; es una propiedad única de cada sustancia.

Ecuación fundamental: Q = m · Ce · (Tf - Ti)

Calorímetro

Es el instrumento mediante el cual, a través del intercambio de calor, se puede conocer el Ce (calor específico) de una sustancia desconocida. Para ello, debemos conocer su masa y sus temperaturas final e inicial.

Funcionamiento:

Se coloca H₂O en el calorímetro, conociendo su masa, Ce y ΔT.
En un recipiente interno, se coloca la sustancia desconocida (conociendo su masa y temperatura inicial).
Se alcanza el equilibrio térmico y se registra la temperatura final.

Ecuación de equilibrio: -m · Ce · (ΔT) = m · Ce · (ΔT)

Calorímetro Real

En este caso, se toma en cuenta el calor que absorbe el recipiente durante el proceso de equilibrio térmico. Se resuelve con la siguiente ecuación:

-m · Ce · (ΔT) = mH₂O · CeH₂O · (ΔT) + M · CeH₂O · (ΔT)

Cambios de Estado y Humedad

Durante un cambio de estado, la temperatura no cambia.

Calor sensible: Proceso utilizado cuando no hay cambio de estado. Q = m · Ce · (ΔT)
Calor latente: Proceso que ocurre durante un cambio de estado. Q = m · λ (lambda de fusión)

Humedad

Fenómeno natural que se relaciona con el número de moléculas de H₂O persistentes en estado sólido y gaseoso.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre calor y temperatura?

El calor es la energía transferida a un cuerpo para aumentar su temperatura, mientras que la temperatura es la magnitud que mide la agitación térmica de la sustancia.

¿Cómo se calcula el calor sensible?

El calor sensible se usa cuando no hay cambio de estado y se calcula con Q = m · Ce · (ΔT).

¿Para qué sirve un calorímetro?

Sirve para conocer el calor específico de una sustancia desconocida mediante el intercambio de calor con agua, conociendo masas y temperaturas inicial y final.