UNIVERSIDAD NACIONA MAYOR DE SAN MARCOS UNIVERSIDAD DEL PERÚ, DECANA DE AMÉRICA EAP INGENIERIA DE MINAS
CALORIMETRIA
Curso Pro!sora Pro!sora
Fisicoquímica I"#$ Go%!&ia Ca"c'ari
A&um"o
(au)is)a *!r"+"%!, -o'!&
C.%i#o
/0/12203
Ca&orim!)ría
Objetivos Comprobar la ley de la energía en sistemas aislados Experimentar la transferencia de energía (calor) que se produce entre los cuerpos Construir un calorímetro Determinar la capacidad de un calorímetro Calc Calcul ular ar teór teóric icam amen ente te el calo calorr abso absorb rbid ido o o libe libera rado do por por un sist sistem ema a determinado edir los cambios de temperatura que se producen cuando reali!amos reacciones químicas
"ntroducción Es conocido por todo el mundo que la materia no se destruye ni se crea# solo se transforma$ %or ejemplo# si quemamos una &oja &asta volverla ceni!as &abremos transformado el papel en residuos de combustión' si ponemos a &ervir agua# esta se transformara en vapor al alcan!ar cierta temperatura$ i &acemos reaccionar combustible esta ardera y proporcionara calor$ Calor$ Este trmino no es simplemente otro m*s para nombrar a la energía que est* presente en todos los aspectos de nuestros días$ Cuando se reali!an reacciones químicas se libera o se absorbe calor dependiendo del tipo de reacción# algunas necesitaran grandes cantidades de calor (como en el momento de las aleaciones) y otras no tanto (reaccionaran f*cilmente como cualquier alcalino al entrar en contacto con el agua)$ Es el calor (energía) lo que utili!amos en los motores y procesos similares de nuestra vida# por lo que es muy importante poder calcular cu*nto se genera# cuanto se pierde# como varia respecto a entrar en contacto con su entorno# las formas de conservarlo# etc$ Es por eso que esta experiencia nos introduce a la parte inicial de este fascinante tema que nos es de importancia a todos# ya sea por nuestras carreras o como conocimiento general$
+ese,a -istórica .na de las diferencias b*sicas entre la evolución del &ombre y la de los dem*s animales es que el &ombre transforma su medio ambiente tratando de adaptarlo a sus necesidades# mientras que los animales se adaptan a la /aturale!a$ El concepto m*s singular en 0ermodin*mica es el de temperatura (la energía es com1n a otras ciencias físicas# y la entropía a otras ciencias inform*ticas)$ 2a temperatura es la fuer!a de escape de la energía trmica# y mide el nivel trmico o grado de calentamiento de los cuerpos$ 3a el &ombre primitivo debió darse cuenta de que la temperatura era un atributo de los cuerpos# que impresionaba los sentidos de una manera particular# independientemente del estado mec*nico (en reposo# en movimiento# arriba# abajo# fragmentado)$ Dos piedras iguales ofrecerían a sus sentidos sensaciones diferentes si una de ellas &abía sido calentada por el sol (o por alg1n compa,ero# malintencionado o no)$ 2a clasificación de los diferentes estados trmicos fue muy simplista4 caliente# tibio (como el cuerpo &umano)# templado (con el ambiente) y frío# enriquecindose con modos comparativos como 5frío como el &ielo6# frío como el invierno# caliente como el verano# caliente como el agua &irviendo# caliente como el fuego$ 7unque el estudio de los fenómenos trmicos puede remontarse a los sabios griegos que describieron aparatos donde se comprimían aire y vapores# es tradicional asociar el comien!o de la 0ermodin*mica con el primer termómetro# atribuido a 8alileo (tambin parece ser que fue l el primero en utili!ar el concepto de energía)# quien en &acia 9:;< empe!ó a utili!ar como tal un bulbo de vidrio# del tama,o de un pu,o# abierto a la atmósfera a travs de un tubo delgado (un artificio an*logo fue descrito por =ilo de >i!ancio &acia el a,o 9;; a$C$)$ %ara evaluar la temperatura ambiente# se calentaba con la mano el bulbo y se introducía parte del tubo (boca abajo) en un recipiente con agua coloreada' la variación de temperatura del aire atrapado en el proceso de enfriamiento al ambiente ocasionaba un ascenso del nivel del líquido en el tubo que era proporcional a la diferencia entre la temperatura ambiente y la del cuerpo &umano$
%ese a que a&ora sabemos que las variaciones de presión pueden desvirtuar estas medidas (el barómetro lo inventó 0orricelli en 9:?@)# el concepto de temperatura (del latín AtemperareA4 bien me!clado# sin tensiones) era ya patente$ %osteriormente se admitió# pese a la enga,osa evidencia de nuestros sentidos# que todos los cuerpos expuestos a las mismas condiciones de calor y frío deberían tener la misma temperatura# distinguiendo temperatura de calor (a nivel conceptual# diríamos# pues en el vocabulario vulgar todavía &oy perdura la confusión)$ Estos primeros aparatos tuvieron ya algunas aplicaciones AcientíficasA en eteorología# en 7gricultura (estudio de la incubación de &uevos)# en edicina (fiebres)# etc$# pero las escalas eran tan arbitrarias como Ala temperatura del día m*s frío del inviernoA# lo que impedía toda comparación# &asta que =a&ren&eit introdujo en 9<9< el termómetro de precisión$ En 9<;? 8uillaume 7montons apuntó la idea de la escala absoluta de temperaturas# bas*ndose en que al bajar la temperatura en un gas a volumen constante baja la presión# y sta no podía ser negativa$ En 9<9< =a&ren&eit# un &olands fabricante de instrumentos tcnicos# introdujo el termómetro de mercurio con bulbo (usado todavía &oy) y tomó como Apuntos fijosA el de congelación de una disolución saturada de sal com1n en agua# y la temperatura del cuerpo &umano# dividiendo en B: partes iguales esta escala# que &a sido utili!ada en los países anglosajones &asta nuestros días (el B: viene de sucesivas divisiones de la escala de 9 grados# usada en "talia en el s$ "")$ Con este termómetro de precisión =a&ren&eit consiguió medir la variación de la temperatura de ebullición con la presión ambiente y llegó a proponer a la +oyal ociety en 9
C72O+"E0+F7 (DE >27CG 7 HO.2E) 2os trabajos experimentales recibieron un gran impulso a finales del """$ En 9<:I# el profesor de química escocs Hosep& >lacJ (Katt fue ayudante suyo) reali!a un gran n1mero de ensayos calorimtricos# distinguiendo claramente calor (cantidad de energía) de temperatura (nivel trmico)# e introduciendo los conceptos de calor específico y calor latente de cambio de estado$ .no de estos experimentos consistía en ec&ar un bloque de &ierro caliente en un ba,o de &ielo y agua y observar que la temperatura no variaba$ Desgraciadamente# sus experimentos eran a presión constante cuando se trataba de líquidos# y a volumen constante cuando eran gases# por lo que ocurría que el trabajo intercambiado por el sistema con el exterior era siempre despreciable# dando origen a la creencia errónea de que el calor se conservaba en los procesos trmicos# lo que se reflejaba en la famosa teoría del calórico$ 2a idea del calórico estaba en consonancia con una era (s$ """) de gestación científica en la que predominaban las teorías de los fluidos sutiles4 el calórico# el flogisto# la electricidad#$$$ 2os postulados de esta teoría reflejaban aquellos experimentos deficientes4 9) el calórico es un fluido el*stico cuyas partículas se repelen# por lo que los cuerpos se dilatan al recibir calor$ ) la atracción del calórico por la materia depende de cada sustancia y de su estado trmico# como lo muestra la variación de la capacidad calorífica$ @) el calórico se conserva en cualquier transformación# como demuestra la calorimetría$ ?) el calórico puede ser AsensibleA# o combinarse con la materia# como ocurre en los cambios de fase$ I) el calórico pesa# como explica el aumento de peso de ciertos metales al ser calcinados en presencia del aire (posteriormente se eliminó este 1ltimo postulado)$ 7unque ya en 9<
En 9$ 0&ompson (conde +umford) combatió la teoría del calórico arguyendo que se podía generar continuamente calor por fricción# en contra del tercer postulado de dic&a teoría$ -oy día suele utili!arse esta teoría del calórico# que fue asumida por 2avoisier# =ourier# 2aplace# %oisson y llegó a servir a Carnot para descubrir el egundo %rincipio de la 0ermodin*mica# como el ejemplo m*s notorio del tortuoso camino que a veces puede seguir el discurrir científico en su continuo perfeccionamiento$ En realidad# la palabra AcalóricoA es debida a 2avoisier# a quien debemos gran parte de la nomenclatura fisicoquímica y otros grandes aportes científicos4 estableció la ley de conservación de la masa# asoció la respiración animal al proceso de oxidación del carbono# dio nombre al oxígeno# atribuyó un origen químico a la energía animal# y en su obra A+eflexiones sur le flogistiqueA (9<<<) desterró la idea del flogisto# ese fluido interior de las sustancias combustibles# que &abía sido propuesta por ta&l en 9:B<$ 7ntoine de 2avoisier indicó en 9
arco teórico Conceptos 8enerales4 egunda ley de termodin*mica4 2a segunda ley de la termodin*mica es un principio general que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor # y a la eficiencia posible en los motores trmicos$ De este modo# va m*s all* de las limitaciones impuestas por la primera ley de la termodin*mica$ 0emperatura4 2a temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor medible mediante un termómetro$ En física# se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodin*mico$ 7 medida que sea mayor la energía cintica de un sistema# se observa que ste se encuentra m*s McalienteN' es decir# que su temperatura es mayor$ 0ermómetro4 "nstrumento que sirve para medir la temperatura' el m*s &abitual consiste en un tubo capilar de vidrio cerrado y terminado en un peque,o depósito que contiene una cierta cantidad de mercurio o alco&ol# el cual se dilata al aumentar la temperatura o se contrae al disminuir y cuyas variaciones de volumen se leen en una escala graduada$ Calor4 Energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la transformación de otras energías' es originada por los movimientos vibratorios de los *tomos y las molculas que forman los cuerpos$ Calor latente4 El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase# de sólido a líquido o de líquido a gaseoso$ e debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura$ Caloría4 e define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua pura en 9 C (desde 9?#I C a 9I#I C)# a una presión normal de una atmósfera$ .na caloría (cal) equivale a ?#9L:L julios (H)#9 mientras que una Jilocaloría (Gcal) son ?9L:#L julios (H)$
Calorímetro4 El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos$ Es decir# sirve para determinar el calor específico de un cuerpo# así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos$ El tipo de calorímetro de uso m*s extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua# un dispositivo para agitar y un termómetro$ e coloca una fuente de calor en el calorímetro# se agita el agua &asta lograr el equilibrio# y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro$ i se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que tambin puede medirse utili!ando una fuente corriente de calor)# la cantidad de energía liberada puede calcularse f*cilmente$ Calor específico4 2a capacidad calorífica específica# calor específico o capacidad trmica específica es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que &ay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodin*mico para elevar su temperatura en una unidad$ En general# el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial$ e le representa con la letra (min1scula)$ De forma an*loga# se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que se debe suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (Jelvin o grado Celsius)$ Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias# m*s energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura$ %or ejemplo# se requiere oc&o veces m*s energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa$
2a calorimetría es la ciencia de medir el calor de las reacciones químicas o de los cambios físicos$ El instrumento utili!ado en calorimetría se denomina calorímetro$ 2a palabra calorimetría deriva del latino AcalorA$ El científico escocs Hosep& >lacJ fue el primero en reconocer la distinción entre calor y temperatura# por esto se lo considera el fundador de calorimetría$ =ue mediante calorimetría que Houle calculó el equivalente mec*nico del calor demostrando con sus experiencias que ?$9L H de cualquier tipo de energía equivalen a 9 caloría$ 2a calorimetría indirecta calcula el calor que producen los organismos vivos mediante su producción de dióxido de carbono y de los residuos de nitrógeno (frecuentemente amoníaco en organismos acu*ticos o# tambin# urea en los terrestres)$
2a Calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada o perdida en ciertos procesos físicos o químicos$ El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro$ Consta de un termómetro que est* en contacto con el medio que est* midiendo$ En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor$ 2as paredes deben estar lo m*s aisladas posibles ya que &ay que evitar al m*ximo el intercambio de calor con el exterior$ De lo contrario las mediciones serían totalmente erróneas$ 0ambin &ay una varilla como agitador para me!clar bien antes de comen!ar a medir$ >*sicamente &ay dos tipos de calorímetros$ 2os que trabajan a volumen constante y los que lo &acen a presión constante$ 2a cantidad de calor que recibe o transmite un cuerpo est* determinada por la siguiente fórmula4 P Q m x Ce x (0f R 0i) Donde P es el calor# m es la masa del cuerpo# Ce es el calor específico del cuerpo# que esta determinada por el material que lo
compone$ 3 la variación de temperatura se representa por la diferencia entre 0f y 0i (temperatura final e inicial)$ Cuando un cuerpo transmite el calor &ay otro que lo recibe$ Este es el principio del calorímetro$ El termómetro es el que determinara la temperatura final del proceso tambin llamada temperatura de equilibrio$ El líquido m*s usado es el agua# que act1a como receptor de las calorías que transmite el cuerpo$ El calor específico del agua es de 9 cal Sgrs C$ Cuando el agua &ierve o se congela# este valor cambia$ %ero por a&ora daremos ejemplos mientras este como agua líquida$ 2as unidades pueden variar$ 7 veces podemos ver otras unidades como HSgrsC donde H es el joule en lugar de la caloría$ 7mbas son unidades en las que se mide el calor$
ateriales4 Calorímetro (parte misma de la experiencia es fabricar el nuestro) aso de precipitado de :;; y I; m2 (conservan mejor el calor que los vasos normales adem*s de poder ser calentados en el microondas sin el riesgo de que exploten) 0ermómetro -ornilla >alan!a %ipeta Cobre (Cu) 9I g 7gua destilada
%rocedimiento4 9$ Construcción del calorímetro e toman vasos de tecnoport y se introducen unos en otros (@)# así formamos la base del calorímetro y la tapa$ En la base del calorímetro ira un vaso de precipitado de unos I; m2 en los que reali!aremos algunos experimentos$ Es importante que el vaso se pueda retirar de forma segura ya que al trabajar con *cidos# bases o agua caliente# un mal movimiento puede derivar en un accidente %odemos notar que entre los vasos &ay espacio vacio por donde se puede dar perdidas de calor así que usaremos partes de otros vasos de tecnoport para rellenar los espacios de la manera m*s eficiente para lograr que nuestro calorímetro tenga la menor cantidad de calor perdido$ 0ómese como recomendación utili!ar silicona para juntar las partes pues la goma no es lo suficientemente fuerte para unir y el pegamento .-. carcome el tecnoport# produciendo un efecto contraproducente$ .na ve! rellenada la base y la tapa de nuestro calorímetro de tecnoport procedemos a reali!ar un orificio en la parte superior de la tapa por donde ingresara el termómetro para poder obtener las lecturas de temperatura durante nuestros experimentos$ $ Calibración del calor especifico del calorímetro e toman ?; m2 de agua destilada a temperatura ambiente (09) y se colocan en el vaso precipitado dentro del calorímetro$ e toman I; ml de agua destilada que &a sido puesta a &ervir y se toma la temperatura (0)$ +*pidamente se procede a colocar el contenido de este en el calorímetro y se tapa de forma inmediata$ e tomara la nueva temperatura del sistema cada @; segundos con el termómetro del calorímetro durante cinco minutos$ (0pQtemperatura promedio)
0iem 0empera po tura (oC) (s) @;
Temperatura - tie
@:
72
:;
?I
B;
IB
02
9;
IB
62
9I; 9L;
IB
12
Temperatura (oC) 52
IB
42 /2
9;
IB
?;
IB
<;
IB
@;;
IB
2
8racias a la guía proporcionada# se reali!ara el c*lculo del la capacidad calorífica del calorímetro con la siguiente fórmula4 Ccal Q Tm agua U Ce agua (0p R 0) S (0p R 09) +eempla!ando con los datos obtenidos en la experiencia4 Ccal Q TB; U 9U (IB R BB) S (IB R @$I) Ccal Q 9;9$?;L calS oC
@$ Determinación del calor especifico de un metal$ %ara esta parte usaremos como metal al cobre# cuyo calor especifico es4 ;$;B calSgoC %rimeo taramos el recipiente donde mediremos el recipiente donde colocaremos el cobre &asta que por diferencia obtengamos los 9I gramos necesarios para esta experiencia$ e llenara un vaso de precipitado de :;;m2 de agua y se pondr* a &ervir$ e colocara el cobre met*lico en un tubo de ensayo que sostenido por unas pin!as# estar* a ba,o maría durante 9; minutos$ Es importante que el tubo de ensayo no toque el agua pues influiría en la parte de los c*lculos al final$ .na ve! &ec&o esto# se colocaran los 9I g de cobre en el calorímetro y al momento de colocar la tapa# se tomara la temperatura cada @; segundos durante I minutos$
0iempo (s) @; :; B; 9; 9I; 9L; 9; ?; <; @;;
0emperatura (oC) : : : :$I :$I : : : : :
41$1 41$0 41$6 41$5 41$4 41$/ 41 40$8 40$3 40$7 52
12
82
/42 /02 /32 4/2 462 472 522
8racias a las formulas proporcionadas al inicio de la experiencia# calculamos el calor específico del cobre de manera experimental4
Calor ganado Q calor perdido 9UCe9U(0T09) V mUCeU(0T09)Q @UCe@U(0b R 0) 094 temperatura del agua destilada a temperatura ambiente (@oC) CUESTIONARIO /$9 D!:"ir ! i"%icar &as u"i%a%!s m+s comu"!s %!; a< T!m=!ra)ura La )!m=!ra)ura !s u"a ma#"i)u% r!!ri%a a &as "ocio"!s comu"!s %! ca&or m!%i>&! m!%ia")! u" )!rm.m!)ro$ E" ísica, s! %!:"! como u"a ma#"i)u% !sca&ar r!&acio"a%a co" &a !"!r#ía i")!r"a %! u" sis)!ma )!rmo%i"+mico, %!:"i%a =or !& =ri"ci=io c!ro %! &a )!rmo%i"+mica$ M+s !s=!cí:cam!")!, !s)+ r!&acio"a%a %ir!c)am!")! co" &a =ar)! %! &a !"!r#ía i")!r"a co"oci%a como ?!"!r#ía ci"@)ica, qu! !s &a !"!r#ía asocia%a a &os moBimi!")os %! &as =ar)ícu&as %!& sis)!ma, s!a !" u" s!")i%o )ras&acio"a&, ro)acio"a&, o !" orma %! Bi>racio"!s$ A m!%i%a qu! s!a maor &a !"!r#ía ci"@)ica %! u" sis)!ma, s! o>s!rBa qu! @s)! s! !"cu!")ra m+s ?ca&i!")! !s %!cir, qu! su )!m=!ra)ura !s maor$ >< E"!r#ía i")!r"a E" ísica, &a !"!r#ía i")!r"a U< %! u" sis)!ma i")!")a s!r u" r!!o %! &a !"!r#ía a !sca&a macrosc.=ica$ M+s co"cr!)am!")!, !s &a suma %!; •
•
&a !"!r#ía ci"@)ica i")!r"a, !s %!cir, %! &as sumas %! &as !"!r#ías ci"@)icas %! &as i"%iBi%ua&i%a%!s qu! &o orma" r!s=!c)o a& c!")ro %! masas %!& sis)!ma, &a !"!r#ía =o)!"cia& i")!r"a, qu! !s &a !"!r#ía =o)!"cia& asocia%a a &as i")!raccio"!s !")r! !s)as i"%iBi%ua&i%a%!s$
%< Tra>ao E& )ra>ao !s &a ca")i%a% %! !"!r#ía )ra"s!ri%a %! u" sis)!ma a o)ro m!%ia")! u"a u!ra cua"%o s! =ro%uc! u" %!s=&aami!")o$ !< E")a&=ia$ Es u"a ma#"i)u% )!rmo%i"+mica, cua Bariaci." !H=r!sa u"a m!%i%a %! &a ca")i%a% %! !"!r#ía a>sor>i%a o c!%i%a =or u" sis)!ma )!rmo%i"+mico, !s %!cir, &a ca")i%a% %! !"!r#ía qu! u" sis)!ma i")!rcam>ia co" su !")or"o$ 4$9 R!s=!c)o a &a =r!#u")a a")!rior, c&asi:car %ic'as Baria>&!s s!#" su %!=!"%!"cia co" &a masa$ D!=!"%! %! su masa E"!r#ía i")!r"a Tra>ao
No %!=!"%! %! su masa T!m=!ra)ura E")a&=ía
5$9 D!:"ir ! i"%icar &as u"i%a%!s %!; a< ca&oría U"i%a% %! !"!r#ía )@rmica, %! sím>o&o ca&, qu! !quiBa&! a &a ca")i%a% %! ca&or "!c!saria =ara !&!Bar / #ra%o c!")í#ra%o &a )!m=!ra)ura %! / #ramo %! a#ua$ >< ca&or !s=!cí:co Ca")i%a% %! ca&o "!c!saria =ara !&!Bar &a )!m=!ra)ura %! /# %! u"a sus)a"cia !" / #ra%o C!&sius$ c< ca=aci%a% ca&orí:ca Es &a =ro=i!%a% )!rmo%i"+mica qu! mu&)i=&ica%a =or &a Bariaci." %! )!m=!ra)ura !s i#ua& a &a ca")i%a% %! !"!r#ía qu! 'a )oma%o o c!%i%o como ca&or cua"%o s! =o"! !" co")ac)o co" o)ro qu! )i!"! u"a )!m=!ra)ura %i!r!")!, =or )a")o s! =u!%! !H=r!sar qu! &a ca=aci%a% ca&orí:ca %! u"a sus)a"cia !s &a ca")i%a% %! ca&or r!qu!ri%o =ara i"cr!m!")ar &a )!m=!ra)ura %! u"a sus)a"cia !" / #ra%o C!&sius$ %< ca&or i")!#ra& %! so&uci." S! %!:"! como &a Bariaci." %! !")a&=ía qu! s! =ro%uc! a& %iso&B!r u"a %!)!rmi"a%a ca")i%a% %! so&u)o !" ci!r)a ca")i%a% %! %iso&B!")!$ La Bariaci." )o)a& %! ca&or, =or mo& %! so&u)o, cua"%o &a %iso&uci." s! 'a com=&!)a%o, !s !& ca&or i")!#ra& %! so&uci."$ E& ca&or i")!#ra& %! %iso&uci." Baría co" !& "m!ro %! mo&!s %! %iso&B!")! !" &os qu! s! 'a %isu!&)o !& so&u)o$ !< ca&or %! %i&uci."$ Cua"%o s! %isu!&B! u" so&u)o !" u" %iso&B!")!, !" #!"!ra&, s! =ro%uc! u" i")!rcam>io %! !"!r#ía qu! s! ma"i:!s)a !" u" aum!")o o %ismi"uci." %! &a )!m=!ra)ura %!& sis)!ma$ E& ca&or a>sor>i%o o &i>!ra%o s! %!"omi"a ca&or %! %iso&uci."$ Si !& =roc!so %! %iso&uci." !s !Ho)@rmico, s! &i>!ra ca&or &a )!m=!ra)ura %!& sis)!ma aum!")a$ Si !& =roc!so !s !"%o)@rmico, s! a>sor>! ca&or &a )!m=!ra)ura %!& sis)!ma %ismi"u!$ 6$9 D!)!rmi"ar &a )!m=!ra)ura %! !qui&i>rio cua"%o, !" u" ca&orím!)ro %! co"s)a")! ca&orim@)rica %!s=r!cia>&! s! m!c&a" /22#%! a#ua a &a )!m=!ra)ura %! !>u&&ici." ac+ !" La Pa< co" /22# %! a#ua a 2JC$0$9 E" u" ca&orím!)ro, qu! i"icia&m!")! co")i!"! /22 # %! a#ua a /2JC s! a#r!#a" 422# %! a#ua &íqui%a a /22JC$ D!)!rmi"ar &a co"s)a")! %!& sis)!ma ca&orim@)rico$ Por )!rmi"ar 8$9 U"a ca!)!ra !&@c)rica si&>a%ora %! /422K %! =o)!"cia !&@c)rica<, %! co"s)a")! ca&orim@)rica %!s=r!cia>&!, co")i!"! /222 # %! a#ua a /0JC, u"a
B! co"!c)a%a &a misma a &a u!")! !&@c)rica qu! )i!m=o )!"%r+ qu! )ra"scurrir$ a< Para qu! !& a#ua !m=i!c! a '!rBir co"s!cu!")!m!")! &a ca!)!ra comi!"c! a si&>ar$ Para qu! aca>! !& si&>i%o Por )!rmi"ar /2$9 s!)!")a ci"co # %! u" m!)a& s! r!)ira" %! u" 'or"o s! !c'a" !" u" r!ci=i!")! %! 522 # qu! co")i!"! 422 # %! a#ua !& a#ua !& co>r! sum!r#i%o ocu=a" )o%o !& Bo&um!" %!& i"%ica%o r!ci=i!")!<$ La )!m=!ra)ura %!& a#ua s! !&!Ba %! /4 a 52JC$D!)!rmi"ar cu+& !ra &a )!m=!ra)ura %!& 'or"o, a& mom!")o %! r!)irar &a =i!a %! m!)a&$ Por )!rmi"ar
8$/$9E& ca&or %! com>us)i." %! &a &!a !s 6 /2 5 ca& #$ Cu+& !s &a ca")i%a% %! &!a qu! %!>!mos qu!mar =ara o>)!"!r /4 /2 7 ca& 7
12 × 10
3
cal= 4 × 10
cal ×m g
m=30000 g=30 kg
8$4$9 E& ca&or %! com>us)i." %! &a "a)a !s // /25 ca& #$ Cu+& !s &a masa %! "a)a qu! %!>!mos qu!mar =ara o>)!"!r 62/2 7 ca& 40 × 10
7
3
cal =11 × 10
cal ×m g
m =36.36 kg
8$5$9 Para ca&!")ar 322 # %! u"a sus)a"cia %! 2 JC a 12 JC u!ro" "!c!sarias 6 222 ca&$ D!)!rmi"! !& ca&or !s=!cí:co &a ca=aci%a% )@rmica %! &a sus)a"cia 4000 cal
=800 g×Ce× ( 60− 0 ) ℃
Ce= 0.083
cal g℃
8$6$9 Para ca&!")ar 4 222 # %! u"a sus)a"cia %!s%! /2 JC 'as)a 32 JC u!ro" "!c!sarias /4 222 ca&$ D!)!rmi"! !& ca&or !s=!cí:co &a ca=aci%a% )@rmica %! &a sus)a"cia
12000 cal
=2000 g×Ce× ( 80 −10 ) ℃
Ce= 0.036
cal g℃
8$0$9 Cu+& !s &a ca")i%a% %! ca&or "!c!saria =ara !&!Bar &a )!m=!ra)ura %! 422 # %! co>r! %! /2 JC a 32 JC Co"si%!r! !& ca&or !s=!cí:co %!& co>r! i#ua& a 2$285 ca& # JC$
( 200 g )
(
0.093
cal g℃
)(
80
−10 ) ℃=Q
Q
=
1302 cal
8$1$9 Co"si%!r! u" >&oqu! %! co>r! %! masa i#ua& a 022 # a &a )!m=!ra)ura %! 42 JC$ Si!"%o; C! co>r! Q 2$285 ca& # JC<$D!)!rmi"!; a< &a ca")i%a% %! ca&or qu! s! %!>! c!%!r a& >&oqu! =ara qu! su )!m=!ra)ura aum!")! %! 42 JC a 12 JC >< cu+& s!r+ su )!m=!ra)ura cua"%o s!a" c!%i%as a& >&oqu! /2 222 ca&
( 500 g )
(
0.093
Q =1860 cal
cal g℃
)
( 60 −20 ) ℃=Q
4
10
cal =(500 g )( 0.093
T =235.05 ℃
cal )( T − 20) ℃ g℃
8$7$9 U" >&oqu! %! 522 # %! 'i!rro s! !"cu!")ra a /22 JC$ Cu+& s!r+ su )!m=!ra)ura cua"%o s! r!)ir!" %! @& 4 222 ca& Sa>i!"%o qu!; C! 'i!rro Q 2$// ca& # JC 2000 cal
=( 300 g )( 0.11
cal )( 100 ℃ − x )=¿ g℃
x =39.4 ℃
8$3$9S!a" 622 # %! 'i!rro a &a )!m=!ra)ura %! 3 JC$ D!)!rmi"! su )!m=!ra)ura %!s=u@s %! 'a>!r c!%i%o /222 ca&$ Sa>i!"%o qu!; c 'i!rro Q 2$// ca& # JC$ 1000 cal
=( 400 g )( 0.11
cal )( x −8 ) ℃ =¿ g℃
x =30.73 ℃
8$8$9 U" ca&orím!)ro %! co>r! %! 12 # co")i!"! 40 # %! a#ua a 42 JC$ E" !& ca&orím!)ro !s co&oca%o u" =!%ao %! a&umi"io %! masa /42 # a 12 JC$ Si!"%o &os ca&or!s !s=!cí:cos %!& co>r! %!& a&umi"io, r!s=!c)iBam!")! i#ua&!s a 2$2852 ca& # JC 2$4/7ca& # JC %!)!rmi"! &a )!m=!ra)ura %! !qui&i>rio )@rmico$ Q cobre + Qagua =Q aluminio
( 60 g )
(
0.093
)
cal ( x −20 ) ℃ + ( 25 g ) g℃
( x −20 ) ( 30.58 )=( 60 − x ) ( 26.04 ) x
=
(
1
)
cal ( x −20 ) ℃=( 120 g ) g℃
(
0.217
cal g℃
)(
60
− x ) ℃
( 30.58 +26.04 ) x =( 26.04 ) ( 60 )+ (30.53 ) ( 20 )
38.39 ℃
8$/2$9 Cu+& s!r+ &a )!m=!ra)ura :"a& %! u"a m!c&a =r!=ara%a %! 40$2 # %! a#ua a /0 JC , 60 # %! a#ua a 02$2 JC /0$2 # %! a#ua a 57 JC
( 25 g ) x
=
(
1
)
cal ( x −15 ) ℃ + ( 15 g ) g℃
(
1
)
cal ( x −37 ) ℃ =( 45 g ) g℃
(
1
cal g℃
)(
50
− x ) ℃
37.41 ℃
8$//$9 U" ca&orím!)ro %! co>r! co" masa i#ua& a 02 # co")i!"! 402 # %! a#ua a /22 JC$ U" cu!r=o %! a&umi"io a &a )!m=!ra)ura %! /2 JC s! co&oca !" !& i")!rior %!& ca&orím!)ro$ E& ca&or !s=!cí:co %!& co>r! !s 2$286 ca& # JC
!& %! a&umi"io !s 2$44 ca& #JC$ Sa>i!"%o qu! &a )!m=!ra)ura %! !qui&i>rio !s 02 JC$ Cu+& !s &a masa %!& cu!r=o %! a&umi"io a=roHima%am!")!<
( 50 g ) 8.8 m
(
0.094
cal g℃
)(
=12735 g
100
m
=
−50 ) ℃ + ( 250 g )
(
1
cal g℃
)(
100
−50 ) ℃ =( m )
(
0.22
cal g℃
)(
50
−10 ) ℃
1447.16 g
8$/4$9 U" >&oqu! %! =&a)i"o %! masa 12 # !s r!)ira%o %! u" 'or"o ! i"m!%ia)am!")! co&oca%o !" u" ca&orím!)ro %! co>r! %! masa i#ua& a /22 # qu! co")i!"! 562 # %! a#ua$ Ca&cu&ar &a )!m=!ra)ura %!& 'or"o, sa>i!"%o qu! &a )!m=!ra)ura i"icia& %!& a#ua !ra %! /2 JC qu! su>i. a /5 JC$ E& ca&or !s=!cí:co %!& =&a)i"o !s %! 2$250 ca& # JC !& ca&or !s=!cí:co %!& co>r! !s %!2$285 ca& # JC
( 100 g ) 27.9
(
0.093
cal g℃
)
( 13 −10 ) ℃ + ( 340 g )
+ 1020=2.1 T −27.3
(
1
cal g℃
)
( 13−10 ) ℃ =( 60 g )
(
0.035
)
cal ( T −13 ) ℃ g℃
T =512 ℃
8$/5$9 U" o!ro B!"%i. u" a"i&&o qu! %io co")!"!r 8 # %! oro / # %! co>r!$ S! ca&i!")a !& a"i&&o a 022 JC )!m=!ra)ura i"!rior a &a )!m=!ra)ura %! usi." %!& oro %!& co>r!<$ S! i")ro%uc! !& a"i&&o ca&i!")! !" u" ca&orím!)ro co" a#ua, cua ca=aci%a% ca&orí:ca !s /22 ca& JC cua )!m=!ra)ura i"icia& !s 42 JC s! co"s)a)a qu! &a )!m=!ra)ura !" !& !qui&i>rio )@rmico !s %! 44 JC$ Los ca&or!s !s=!cí:cos %!& oro %!& co>r! so" 2$28 2$285 ca& # JC, r!s=!c)iBam!")!$ Las masas %!& oro %!& co>r! !" !& a"i&&o so" r!s=!c)iBam!")!;
8$/6$9E" u" )!rmo, s! m!c&a" /2 # %! 'i!&o a 0 C >ao c!ro /22 # %! a#ua )i>ia a 12 C u@ )!m=!ra)ura a&ca"a !& co"u")o cua"%o s! !"cu!")ra !" !qui&i>rio )@rmico E& ca&or !s=!cí:co %!& a#ua &íqui%a !s / ca&#C %!& 'i!&o !s 2$63 ca&#C
8$/0$9 U"a mu!s)ra %! m!)a& %! 60 #ramos s! !"cu!")ra a 82 C s! i")ro%uc! !" u"a Basia qu! co")i!"! 32 #ramos %! a#ua, a 40 C$ E")o"c!s, &a )!m=!ra)ura %!& a#ua s! !&!Ba 'as)a 52 C$ Es)im! !& ca&or !s=!cí:co %!& m!)a&$
