Calor específico

Por la misma época que se descubrió la equivalencia entre el calor y el trabajo se estaba desarrollando la teoría molecular de la materia, que consiste en:
- Todos los cuerpos están formados por partículas pequeñísimas llamadas moléculas.
- Las moléculas no ocupan todo el volumen del cuerpo que forman: entre ellas hay espacios vacíos llamados intermoleculares, cuyas dimensiones varían con el estado del cuerpo (sólido, liquido o gaseoso).
- Entre molécula y molécula se ejercen ciertas fuerzas, llamadas de cohesión.
- Las moléculas están en movimiento.
Esta teoría ayuda a explicar los fenómenos calóricos. Esto permite hacer la siguiente hipótesis:
- El calor (forma de energía) que posee un cuerpo es la suma de las energías de sus moléculas.
- La mayor o menor temperatura de un cuerpo se debe a la mayor o menor velocidad de sus moléculas.
De esa manera se interpreta que: dar calor a un cuerpo, significa aumentar la energía mecánica de sus moléculas; quitarle calor es disminuir la energía mecánica de sus moléculas.
Capacidad calórica de una sustancia a la cantidad de calor que ella absorbe para aumentar su temperatura en 1°C.
Para calentar masas iguales de sustancias diferentes a la misma temperatura, es necesario darle cantidades distintas de energía calórica. Esto nos indica que cada sustancia tiene su propia aptitud para absorber el calor.
Un aumento o una disminución de la energía de las moléculas provocara, por lo general, un aumento o disminución de su velocidad, y por lo tanto, un aumento o una disminución de la temperatura del cuerpo. En otros casos, la variación de la energía de las moléculas provocará un cambio de estado del cuerpo, sin que haya variación de sus velocidades, es decir, sin que se produzca una variación de la temperatura. (fuente)

Unidades de calor

La unidad de calor es caloría.
Caloría es la cantidad de calor necesario para elevar en 1°C la temperatura de 1 g de agua.
Es muy difundido el empleo de esta unidad pero por otra parte la unidad de energía adoptada por el SIMELA es el joule (j).
1 CAL = 4,1868 J y a la inversa 1 J = 0,239 Cal.
Si al entregarse calor a dos masas iguales de una misma sustancia, se observa que la primera experimenta un aumento o t de temperatura, y la segunda un aumento doble, 2àt, ello significa que a la segunda se la entregó doble cantidad de calor que la primera.
Las cantidades de calor entregados, o quitados, a masas iguales de sustancias iguales, son directamente proporcionales a las variaciones de temperatura.

Q/<>T= Q/<>T´

Las cantidades de calor entregados, o quitados, a masas distintas de una misma sustancia para producir iguales variaciones de temperatura, son directamente proporcionales a las masas.

Q/<>m = Q/<>m´

La temperatura

La temperatura de un cuerpo esta determinada por el movimiento de moléculas. Estas y los átomos presentan una movilidad incesante en todas direcciones y sentidos, con las velocidades diferentes. Esas velocidades se intercambian entre las moléculas, por choques, atracciones, etc. Esa velocidad media constituye la temperatura. Cuando aumenta dicha velocidad, la temperatura se eleva, y viceversa.
La temperatura es la expresión de la velocidad promedio de las moléculas de una sustancia.
Para medir la temperatura se utiliza el termómetro, el cual, al ser bombardeado por las moléculas en movimiento, mide su velocidad. El termómetro solo puede medir la velocidad pero no la cantidad de moléculas que se están moviendo.

Definición de calorimetria

La calorimetría es la parte de Física dedicada a la medida de las cantidades de calor que intervienen en distintos fenómenos.
Según aumente o disminuya la temperatura de un cuerpo, se dice que este ha recibido o cedido cierta cantidad de calor. La cantidad de calor recibida por un cuerpo puro es proporcional a la masa del mismo en la cual produce una variación de temperatura determinada.

Calor específico

Es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de masa de un cuerpo puro, diferente del agua, ascienda de t a t´, dependa de la naturaleza de ese cuerpo. De ello se deriva la definición de calor especifico numéricamente igual a la cantidad de calor necesaria para elevar un grado de la temperatura de la unidad de masa del cuerpo considerado. Se dice que la cantidad de calor que se debe proporcionar a la masa (m) de un cuerpo puro para que su temperatura varíe de t a t´ viene expresada en siguiente formula:
Q = MC (t´ - t)
En donde sé c es igual al calor especifico medio entre t y t´.
Para verificar el calor específico se emplea la siguiente formula:

Ce= Cal/g*ºC

Métodos Calorimétricos

Se utilizan tres métodos:
Ø El método de mezclas o el método adiabatico, la cantidad de calor, positiva o negativa, que hay medir se evalúa a partir de una masa de agua M, cuya temperatura se eleva (o disminuye) de t a t´. La expresión de esta cantidad de calor será:
Q= M (t´- t).
Ø El método de fusión de hielo o método isotérmico, esta cantidad de calor sirve para fundir cierta masa de hielo, que le es proporcional, y se calcula la disminución de volumen de hielo fundamente.
Ø En el método eléctrico, el paso de una corriente a través de un conductor proporciona una cantidad de calor determinada que sirve para producir el efecto calórico (por ejemplo una variación de temperatura).

Ver mas abajo.

El Calorímetro de las Mezclas

Consiste en un recipiente que se aísla todo lo posible, para evitar pérdidas de calor. Contiene agua cuya masa se ha medido previamente; un termómetro sumergido en ella mide su temperatura. Se mide una cierta masa de la sustancia cuyo calor específico que se busca, y se la calienta a una temperatura bien determinada. Cuando ésta es a temperatura se la echa dentro del agua del calorímetro agitándose el agua con el agitador para que la temperatura sea uniforme y se observa el termómetro que señala un aumento de temperatura.

Calor específico de los gases

Mientras que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un sólido a un líquido de t a t´ está bien determinada, porque estos cuerpos son prácticamente incomprensibles, aquella no puede definirse de la misma manera para un gas, porque depende de la forma como este se ha calentado. Se consideran para los gases, como se ha hecho en el caso de la dilatación, dos calores específicos, según el calentamiento se produzca a volumen constante o a presión constante.
Para los gases que están a una temperatura bastante por encima de su punto de licuefacción, el calor especifico depende muy poco de la temperatura. Para presiones bastante elevadas, es decir, del orden de cien atmósferas la variación que se produce no es despreciable.
El calor especifica de los gases a presión constante es el cociente entre la cantidad de calor entregado a un gas, manteniendo constante su presión, el producto de su masa por la variación de temperatura. (fuente)

Relación de Mayer

Esta relación, establecida teóricamente por el alemán Julius von Mayer (1814-1878), es válida para los gases perfectos. Los gases reales la siguen aproximadamente cuando están muy alejados de su punto de licuefacción. Si M designa la masa molecular de un gas, esta relación se expresa MC – Mc = 2.
La comparación de esta relación con los valores de y dados anteriormente muestra que se obtienen aproximadamente los resultados siguientes:
-para los gases monoatómicos, MC = 5, Mc = 3
-para los gases diatómicos, MC = 7, Mc = 5.

Aplicaciones del calorímetro en Química

La mayoría de las reacciones químicas se producen con desprendimiento o absorción de calor y se dividen, respectivamente, en reacciones exotérmicas y endotérmicas, según que haya calentamiento o enfriamiento durante la reacción.
El estudio de este fenómeno constituye la rama denominada Termoquímica, a la que se han dedicado trabajos muy importantes a finales del siglo XIX y a principios del XX.
La Termoquímica se basa en la ley de Hess, que representa un caso particular del principio de los estados inicial y final. Según ella, la cantidad de calor que se desprende al pasar de un sistema A de sustancias a otro sistema B es independiente de la forma en que se produce el paso y de las reacciones intermedias, siempre que el estado físico de los sistemas A y B sea el mismo en todos los casos. Esta ley sólo es realmente válida cuando las transformaciones ocurren teniendo un volumen o una presión constante.
Según la ley de Hess, se debe tener el mismo resultado para el calor de la formación de CO2 operando con C + O2.
Si la cantidad de calor que se busca y que representa la formación de CO es x, se tendrá
x = 96 – 68 = 28

De los líquidos y de los Gases.
La propagación del calor en los cuerpos fluidos (líquidos o gaseosos) se efectúa simultáneamente de dos formas: por contactos sucesivos, como el caso de los sólidos, lo que representa la conductibilidad propiamente dicha, y por convección, es decir, por desplazamiento del fluido procedente de las partes calentadas a causa de la variación de su densidad.
La convección, excepto en el caso de los metales líquidos de conductibilidad muy elevada, representa el elemento más importante de la propagación del calor en una masa líquida.

Calor Radiante

Calor radiante.
Los cuerpos calientes emiten en el espacio rayos, llamados caloríficos, que sólo difieren de los luminosos, a los que acompañan, por la mayor longitud de onda que tienen.
En el estudio del espectro solar se distinguen tres partes: los rayos ultravioleta, cuyas longitudes de onda son las más cortas; los rayos luminosos, que componen toda la parte visible del espectro; y los rayos infrarrojos, o caloríficos, que son los que tienen longitudes de onda mayores.
Las fuentes luminosas emiten casi todas una radiación oscura en el campo de las longitudes de onda menores y mayores que las de los rayos luminosos. Las diversas partes de estas radiaciones no están rigurosamente limitadas, es decir, que el comienzo del espectro luminoso no corresponde al final del espectro calorífico. En realidad, no existen rayos puramente caloríficos, sino sólo longitudes de onda de rayos que no impresionan de manera apreciable el ojo que los recibe.
La radiación calorífica como las demás, es absorbida en mayor o menor cantidad por todas las sustancias que atraviesa, pero las propiedades de absorción de cada uno de los cuerpos dependen de la longitud de onda de la radiación.
Los cuerpos que, como el vidrio, son transparentes a la luz absorben los rayos caloríficos y se denominan atérmanos; el cloruro de sodio, en cambio, es diatérmano, es decir, transparente no sólo a los rayos luminosos, sino a los de mayores longitudes de onda.
La emisión de la radiación de los cuerpos calientes representa para éstos una pérdida de energía y produce, por tanto, una disminución de la temperatura de los mismos. Este descenso depende, por una parte, de la temperatura y de la superficie de emisión y, por otra, de un coeficiente característico de la naturaleza de esta superficie, llamado poder emisivo. El poder emisivo más elevado es el de los cuerpos negros y se toma como unidad. El de las superficies brillantes y reflectoras es muy reducido.