EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO
Cuestionario previo 1. Dentro de las formas de manifestación de la energía se encuentran la energía térmica y la energía mecánica, defínelas y da sus unidades. Energía térmica: La energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica. Cal. Energía mecánica: La energía mecánica es el resultado de la suma de la energía cinética y la potencial gravitacional. La unidad de medida de la energía mecánica es Joule (J) y su fórmula se representa de la siguiente manera: Em = Ec+ Ep 2. Existe alguna relación entre la conservación de la energía y el equivalente mecánico del calor El principio de la conservación de la energía nos plantea la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. Para los casos en donde suponemos que toda la energía mecánica puede convertirse en calor, podemos obtener experimentalmente el valor numérico de esta relación o equivalencia. 3. ¿Qué es un calorímetro a presión constante, volumen constante y temperatura constante? ¿Para qué se usan? El calor de una reacción se mide en un calorímetro, recipiente adiabático en donde se determina el calor absorbido o desprendido durante la reacción. Hay dos clases de calorímetros, cada uno de ellos emplea un proceso diferente y han sido diseñados para situaciones diferentes también. Calorímetro a presión constante: mide el calor a presión constante, por lo tanto determina directamente la variación de la Entalpía:
Calorímetro a volumen constante, llamado también bomba calorimétrica: mide el calor a volumen constante, por lo tanto determina directamente la la variación de la energía interna:
Un calorímetro isoperibólico mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de un termostato, mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el tiempo. Existe una resistencia térmica RT, de magnitud definida entre los alrededores y la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor depende de la diferencia de temperatura entre estos (AT es igual a la temperatura de los alrededores y CT igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como AT es constante entonces el flujo de calor es una función de TC. Si la generación de calor dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los alrededores TA. 4. ¿Qué es la constante de un calorímetro? ¿Para qué se usa? ¿Cómo se determina? Se denomina constante del calorímetro a la cantidad de calor absorbida o liberada por las distintas partes del mismo (paredes internas, termómetro, tapa) cando se aumenta o se disminuye, respectivamente, su temperatura en 1 °C.
Durante todos los experimentos las medidas deben realizarse con un volumen de líquido constante ya que, si este varía, cambiará la constante del calorímetro Qcalorímetro = K. ΔT = K. (Tf-Ti) Donde K es la constante del calorímetro 5. ¿Qué es el equivalente mecánico del calor? El Equivalente Mecánico del Calor no es otra cosa que la cantidad de energía cinética o potencial es decir la relación de Calorías y Joule (Julios). Los estudios que condijeron a esta definición fueron realizados por James Joule de Gran Bretaña en 1840. Joule también realizó un experimento basado en un aparato cuyo funcionamiento consiste en enrollar una cuerda que sujeta unas masas sobre unas poleas hasta colocarlas a una altura determinada del suelo, Joule concluyó lo siguiente: 1) La cantidad de calor producida por la fricción entre cuerpos, sean líquidos o sólidos siempre es proporcional a la cantidad de trabajo mecánico suministrado. 2) La cantidad de calor capaz de aumentar la temperatura de 1 libra de agua (pesada en el vacío y tomada a una temperatura entre 55º y 60º F) por 1.8º C (1º F) requiere para su evolución la acción de una fuerza mecánica representada por la caída de 772 lb (350.18 kg) por la distancia del pie (30.48 cm). Entonces, una caloría es igual a 4.187 julios y al factor de conversión de unas unidades a otras se conoce como el equivalente mecánico del calor, a menudo representado por J. Así, J = 4.187 julios / caloría Por tanto, 4.187 J de energía mecánica aumentan la temperatura de 1g de agua en 1º C. Se define la caloría como 4.187 J sin referencia a la sustancia que se está calentando. 1 cal=4.187 J
