Balance de Energia Caloria Calor Especifico y Capacidad Calorifica

Nieto Díaz Marina Belén Balance de Energía. Tarea 6. Caloría.1 La caloría (símbolo cal) es una unidad de energía. Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua pura en 1°C (desde 14,5°C a 15,5°C), a una presión normal de una atmósfera. La caloría surgió como consecuencia de la teoría del calórico, la cual supone que la trasmisión de calor se producía por el paso de un cierto fluido (el calórico) de un cuerpo a otro. Esa cantidad de calórico se mediría en calorías. Descartada la teoría del calórico, y reconocido el hecho físico de que el calor es una manifestación de la energía, se definió la caloría como una unidad de energía del sistema métrico de unidades (y más adelante del sistema Técnico de Unidades). Actualmente la caloría no se incluye en la categoría de las unidades energéticas del Sistema Internacional de Unidades(SI). 

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La denominada caloría pequeña o caloría-gramo, que corresponde a la caloría propiamente dicha, representa la energía calorífica necesaria para incrementar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua, desde 14,5°C a 15,5°C. Equivale a 4,1868 J. La caloría grande o caloría-kilogramo, representa la energía calorífica necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura de un kilogramo de agua. Esta definición corresponde a la kilocaloría propiamente dicha y equivale a 4,1868 kJ. Una caloría correspondiente a los 15°C: 1 cal 15= 4,1855 J (Valor adoptado por el Comité Internacional de Pesos y Medidas en 1950) La caloría termoquímica TH (del inglés thermochemical): 1 calth= 4,184 J Una caloría denominada IT (del inglés International Table): 1 cal IT = 4,1868 J (5th International Conference on the Properties of Steam, Londres, 1956)

Existe la definición de que 1 Caloría=1000 calorías, ampliamente empleada en el sector alimentario; sin embargo, en algunas ocasiones no se incluye la letra c mayúscula y se crea cierta ambigüedad conceptual. Según la definición precedente, 1 kcal=1 Cal., pero 1 kcal = 1000 cal. La Caloría (con c mayúscula), también se llama Caloría-Kilogramo, frente a la caloría (c minúscula), también definida como caloría-gramo. No es correcto considerar que calorías y kcalorías son lo mismo.

Capacidad calorífica o capacidad calórica.2, 3, 4 (J/°C ó J/K) La capacidad calorífica es una propiedad extensiva, se puede expresar como la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Cuanto mayor sea la capacidad calorífica de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir su temperatura. Es la relación que hay entre el calor suministrado y su incremento de temperatura. Se puede calcular a través de la expresión:

C=

Q ∆T

C= capacidad calorífica Q=cantidad de calor ΔT=variación de la temperatura

Se puede entender la capacidad calorífica como la dificultad con que un cuerpo aumenta su temperatura cuando le suministramos una determinada cantidad de calor. Así, a mayor capacidad calorífica, menor incremento de temperatura para una determinada cantidad de calor suministrado. Los aislantes térmicos tienen una capacidad calorífica alta. La capacidad calorífica de un cuerpo depende de dos factores: 1. La sustancia por la que está formado el cuerpo: No aumentan su temperatura de igual manera un gramo de agua que un gramo de aceite o un gramo de hierro, aun cuando se sitúen sobre un fuego de igual intensidad: El hierro sería el primero en aumentar su temperatura, seguido del aceite y finalmente el agua. 2. La cantidad de masa del cuerpo: Tal y como has podido comprobar en el experimento anterior, no aumenta su temperatura de igual manera un gramo y un kilogramo de agua, aun cuando se sitúen sobre un fuego de igual intensidad: un gramo de agua variará su temperatura más rápidamente que un kilogramo de esta misma sustancia. Calor específico.2, 3, 4, 5 (J/g°C ó J/Kg K) El calor específico es una propiedad intensiva, no depende de la materia, y es un valor fijo para cada sustancia. Así, el agua tiene un valor fijo de calor específico, el cual debemos entenderlo como la cantidad de calor que puede absorber una sustancia: cuanto mayor sea el calor específico, mayor cantidad de calor podrá absorber esa sustancia sin calentarse significativamente. Es la cantidad de calor cedido o absorbido por un gramo de una sustancia, para variar su temperatura en un grado Celsius. Se obtiene a partir de la capacidad calorífica y representa la dificultad con que una sustancia intercambia calor con el entorno.

c=

C m

c=calor específico C= capacidad calorífica m=masa Calor específico molar. En ocasiones, en el caso de sustancias gaseosas, conviene usar el mol como unidad de masa. De esta manera el calor específico queda referido a la unidad de masa según la expresión:

c=

C n

c= calor específico molar C= capacidad calorífica n= número de moles En cuanto a las unidades de medida del calor específico molar, se suele utilizar el J/mol K aunque también se usa con frecuencia la cal/mol °C. Algunas características del calor específico son:  Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia, más calor hay que intercambiar para conseguir variar su temperatura.  Existe un rango de temperaturas dentro del cual el calor específico es constante. Aunque a la hora de resolver los ejercicios se considera c constante, en realidad el calor específico de cualquier sustancia varía con la temperatura.  Según si el proceso de intercambio de energía (calor) tiene lugar a presión constante o a volumen constante se habla de calor específico a presión constante cp o calor específico a volumen constante cv. Si no se especifica, el proceso se supone a presión constante de 1 atm.  Normalmente en sólidos y líquidos cp ≈ cv  Normalmente en gases cp ≠ cv

∂ Q=n c v dT (V =cte) ∂ Q=n c p dT (P=cte) Gracias al concepto de calor específico disponemos de una expresión para determinar el calor agregado o extraído de una sustancia a partir del incremento en su temperatura, su calor específico y la cantidad de masa que tenemos. A esta expresión se la conoce como la ecuación fundamental de la termología. Dicha ecuación establece la relación entre el incremento de temperatura experimentado por una determinada cantidad de sustancia y el calor que intercambia: T2

∂ Q=mcdT → Q=∫ mcdT → Q=cm∆ T T1

Q=calor c= calor especifico, representa la facilidad que una sustancia tiene para variar su temperatura cuando intercambia calor con el entorno. m=masa ΔT= cambio de temperatura determinado por la diferencia entre la temperatura inicial y la temperatura final

∆ T =T i−T f 

Para casi todos estos gases se cumple

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esta propiedad se conoce como ley de Mayer. Para los gases nobles (monoatómicos) se verifica casi exactamente

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Para los gases diatómicos (N2, H2, O2) se cumple, pero con menor aproximación

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Para los gases de más átomos (agua o CO2, por ejemplo) no existe una fórmula sencilla para los valores de cp y cv. La proporción entre capacidades caloríficas

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Teniendo en cuenta que aproximadamente

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Las dos capacidades caloríficas molares pueden escribirse en la forma

c p=c v + R

Bibliografía. 1. https://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADa [10/11/15;18:14pm] 2. http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/131-calor-especifico-ycapacidad-calorifica.html [10/11/15;19:00pm]

3. https://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Calorimetr%C3%ADa/Capacidad_calor %C3%ADfica [10/11/15;19:34pm] 4. https://www.fisicalab.com/apartado/calor#contenidos [10/11/15;20:00pm] 5. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calor_y_calorimetr%C3%ADa [10/11/15;21:14pm]