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: β = 2 α Se expanden en 2 direcciones : largo, ancho 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.

Formas de propagación del calor

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.