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CALORIMETRIA

La Calorimetría es la medida de la cantidad de
calor que cede o absorbe un cuerpo en el curso
de un proceso físico o químico.

Calor:
Es la Energía Térmica que se transfiere de un
objeto a otro cuando entran en contacto mutuo,
debido a una diferencia de temperaturas entre
ellos.
La dirección de la transferencia de la Energía
Térmica es siempre desde la sustancia de mayor
temperatura hacia la de menor temperatura,
hasta quedar en equilibrio térmico.
PRINCIPIOS GENERALES DE
LA CALORIMETRÍA
I. Siempre que entre varios cuerpos haya un intercambio
de energía térmica, la cantidad de calor perdido por unos
cuerpos es igual a la cantidad de calor ganada por los otros.
II. La cantidad de calor absorbida o desprendida por un
cuerpo es directamente proporcional a su variación de
temperatura.
III. La cantidad de calor absorbida o desprendida por un
cuerpo es directamente proporcional a su masa.
IV. Cuando varios cuerpos a temperaturas diferentes se
ponen en contacto, la energía térmica se desplaza hacia los
cuerpos cuya temperatura es más baja. El equilibrio térmico
ocurre cuando todos los cuerpos quedan a la misma
temperatura.
DILATACIÓN DE CUERPOS

Todos los cuerpos materiales (sólidos,
líquidos y gaseosos) experimentan una
dilatación de su volumen cuando aumenta su
temperatura interna. Dependiendo de la
sustancia, cada una posee diferente
comportamiento, el cual se registra con
un coeficiente de dilatación específico
para cada material. A excepción de los gases,
se presentan tres tipos de dilatación para
cuerpos sólidos y líquidos:
La dilatación lineal
Al tomar un trozo de material en forma de barra o alambre de
pequeña sección, sometido a un cambio de temperatura, el aumento
que experimentan las otras dimensiones son despreciables frente a
la longitud.
Si la longitud de esta dimensión lineal es Lo
a la temperatura Ti
y se aumenta la temperatura a Tf
como consecuencia de este cambio de temperatura, que llamaremos
Δt se aumenta la longitud de la barra o del alambre produciendo un
incremento de longitud que simbolizaremos como ΔL
Experimentalmente se encuentra que el cambio de longitud es
proporcional al cambio de temperatura y la longitud inicial. Lo.
Podemos entonces escribir:
Experimentalmente se encuentra que el cambio de longitud
es proporcional al cambio de temperatura y la longitud inicial.
Lo. Podemos entonces escribir:
L= L0 + α(Tf-Ti)
Δt
Tabla de coeficiente de dilatación
Ejercicio

Los alambres de alumbrado eléctrico son de
cobre. Supongamos que los postes están
separados 25 m y que los alambres están tensos
en un día de invierno, cuando la temperatura es
0°C,¿cuál será la longitud de cada alambre en
un día de verano, con la temperatura de 30°C?
DATOS:
L0 = 25m
Ti= 0°C
Tf=30°C
α= 17x10
L= L0 (1+α(Tf-Ti))
L= 25m(1 + 17x10-6 (30°C - 0°C))
L=25.013m
-6
La dilatación
superficial
Es el aumento en el área de un objeto producido por una variación de
temperatura, se observan las mismas leyes de la dilatación lineal. El
coeficiente de dilatación superficial se llama beta (β ). Su valor también
depende del material del que esté hecho, y equivale al doble que el
coeficiente de dilatación lineal, es decir:
Se expanden en 2 direcciones :
largo, ancho
β =2α
Conociendo el coeficiente de dilatación superficial (2 α ) de una
sustancia, se puede calcular la superficie (S) que tendría al variar su
temperatura y su expresión sería:
S = S0(1+ 2 α(Tf-Ti))
 En
donde:
S= superficie total
S0=superficie inicial
Tf = temperatura final
Ti = temperatura inicial
Dilatación volumétrica

La variación del volumen de un cuerpo
con la temperatura sigue las mismas
reglas que las dilataciones anteriores . Es
decir se expande en las tres dimensiones,
largo, alto, ancho.
El coeficiente de dilatación volumétrica
gamma (γ) el triple de la dilatación lineal:
γ = 3α
Conociendo el coeficiente de dilatación
volumétrica de una sustancia, se puede
calcular el volumen que tendría al variar
su temperatura con la siguiente
expresión:
V= V0 (1+ 3α (Tf-Ti))
V = volumen final
V0=volumen inicial
Ejercicio

Un cubo de aluminio cuya arista mide 2 m
(V = 8 m3) esta a150 °C. Calcular su
volumen a 65 °C.
V= V0 (1+ 3α (Tf-Ti))
Datos:
V0 =8m3
Ti= 150 °C
Tf= 65 °C
V= 8m3 (1+3x23x10-6 (65 °C -150 °C))
V = 7.95m3≈ 8m3
Dilatación en líquidos

Como la forma de un fluido no está
definida, solamente tiene sentido hablar
del cambio del volumen con la
temperatura. La respuesta de los gases a
los cambios de temperatura o de presión
es muy notable, en tanto que el cambio
en el volumen de un líquido, para cambios
en la temperatura o la presión, es muy
pequeño. β representa el coeficiente de
dilatación volumétrica de un líquido

Los líquidos se expanden en forma
volumétrica porque dependen del
recipiente que los contiene, los líquidos se
expanden mas rápidamente que los
sólidos, por lo tanto si colocamos leche a
hervir en un recipiente esta se derrama
porque crece mas rápida que el
recipiente.
Calor de conducción
En los sólidos el calor se transfiere por conducción. Si
calentamos el extremo de una varilla metálica, después de cierto
tiempo percibimos que la temperatura del otro extremo
asciende, o sea, el calor se transmitió por conducción. Se cree
que esta forma de transferencia de calor se debe, en parte,
al movimiento de los electrones libres que transportan energía
cuando existe una diferencia de temperatura entre dos puntos
del objeto. Esta teoría explica, especialmente en el caso de
los metales, por qué los buenos conductores del calor. La plata,
el oro y el cobre conducen bien el calor, o sea, tienen
conductividades térmicas elevadas, pero la madera, el vidrio y
el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de
veces menores y se conocen como aislantes térmicos.
Calor por convección
Si provocamos una diferencia de temperatura dentro de una
masa líquida o gaseosa se producirá un movimiento del fluido que
transfiere calor por convección de la parte más caliente hacia la menos
caliente. Esta transferencia cesará cuando toda la masa del fluido haya
alcanzado igual temperatura. A este movimiento contribuye la diferencia
de densidad del fluido, ya que cuando una porción de este se calienta su
densidad suele disminuir y asciende, mientras que el fluido más frío y
más denso desciende con lo que con lo que se inicia el movimiento
circulatorio que permite la homogenización de la temperatura. Las
corrientes de convección hacen que una sustancia tan mala conductora
como el agua se calienta relativamente rápido.
Calor por radiación
La propagación del calor por radiación presenta una diferencia
fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias
que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino pueden
estar separadas aún por el vacío. La radiación es un término que se
aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con las
ondas electromagnéticas. La radiación transfiere calor por radiación
electromagnética (en especial infrarroja) y es el principal mecanismo
mediante el cual el Sol calienta a la Tierra. En las montañas, cuando el
sol asciende por el horizonte, se percibe el calor tan pronto como el
sol se hace visible. A este calor, se le denomina calor radiante y está
constituido por ondas electromagnéticas con longitud de onda un
poco mayor que la del espectro visible y que también viajan a
la velocidad de la luz. Un ejemplo común de la propagación del calor
por radiación lo constituyen las hogueras utilizadas como medio de
calefacción en los hogares.