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1/28

Calorimetra

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ObjetivosDiferenciar los efectos de calor sensible y

calor latente.Calcular las magnitudes de estos en

procesos de transferencia de calor.

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Calor

A B

A B

A B

A BQ

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Calor

Energa en transito de un cuerpo a otro

exclusivamente por diferencia de temperaturas.

Los cuerpos no almacenan calor sino energainterna.

80C 15C -9Ccalor

calor

calor

calor

1 BTU = 252 cal = 0,252 kcal

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Energa interna (U) Es la energa interna total de un cuerpo, es

decir, la suma de las energas moleculares:

cintica y potencial.

U = f(T)

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Unidades del calor

1 g

agua

Q

1 BTU = 252 cal = 0,252 kcal

1kg

agua

Q

1 lb

agua

Q

63F

64F1F

Calora(cal)

Kilocalora(kcal)

British ThermalUnit (BTU)

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Joule utiliz una rueda conpaletas (las cuales estndentro de un cilindro conagua), conectadas a un

conjunto de poleas, conpesos en sus extremos.

De esta manera, al caerlos pesos, las paletas

giran. Este giro de las paletas

hace que la temperaturadel agua se incremente.

El equivalente mecnico del calor

Energa trmica = trabajo mecnico

1 BTU = 778 lb-pie

1 cal = 4,186 J

1 kcal = 4,186 kJ

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Equivalente mecnico del

calor por un mtodoelctrico

AV

Agitador

termmetro

Resistencia

1 calora = 4,186 J

Energa trmica = trabajo elctrico

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Capacidad calorfica (C)

Cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de una

unidad de masa.

Calor necesario que se debe entregar o sustraer a un sistema paramodificar su temperatura en un grado

T

QC

Q

Tm

Qc

Unidades:

cal/C, kcal/C, BTU/F

Unidades: cal/g.C, kcal/kg.C, BTU/lb.F

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Calor especifico (c)

Cantidad de calor necesario para aumentar la

temperatura de una unidad de masa.

Es una propiedad del material

Tm

Qc

Unidades: cal/g.C, kcal/kg.C, BTU/lb.F

TcmQ Cantidad de calor liberado oabsorbido por un cuerpo

Calor Ganado = Calor Perdido

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Ejemplo 1

Determinar la energa calorfica requerida

para elevar la temperatura de 0,5 kg de

agua en 3C.

TcmQ

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12/28

Ejemplo 2Un cuerpo, cuyo calor especifico es de 5

cal/gC, se enfra de 17 a 14C, si la masa

del cuerpo es 100 g. Qu cantidad de calor

habr cedido?

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Calorimetra Determinacin del calor especifico de slidos y

lquidos.

Termmetro

Recipiente

aislado

Materialcaliente

Agua fra

X

)T.(T.cmTTcmTTcm ifcalcalifaguaaguafmXX

Calor Ganado por el

material

=

Calor ganado por el agua

+

Calor ganado por el

calormetro

Qm Qcal + Qliq

Tcal=Tliq=TiTm Tf

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14/28

Ejemplo 3

Un trozo de metal de 0,05 kg se calienta a 200C,despus se coloca en un recipiente que contiene 0,4 kgde agua inicialmente a 20C. Si la temperatura final deequilibrio del sistema mezclado es de 22,4C, encuentre

el calor especifico del metal.

agua20C

O,05 kg

O,4 kg

200C

22,4C

22,4C

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Ejemplo 4

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Slido

Lquido

Gas

Vaporizacin

Fus

in

Solidificacin

Condensaci

n

Cambio de fasede una

sustancia

Fusin

Vaporizacin

Condensacin

Solidificacin Sublimacin

S

ublimacin

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Punto triple del agua

Gas

LquidoSlido P.T.

0,01C

0,00624 bar

P

T

Coexisten 3fases

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18/28

Calor latente (L)

Es la energa trmica que debe absorberse o liberarse para

que una sustancia cambie de estado o fase.

Calor latente de fusin = Calor latente de solidificacin.

Calor latente de vaporizacin = Calor latente de

condensacin

Unidades: (kcal/kg) (J/kg)

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Calor latente

hielo a 0C agua a 0C agua a 100C vapor a 100C

Q2= m . L f Q4= m . L vm = masa (g)L f= Calor latente de

fusin (cal/g)L v= Calor latente de

vaporizacin (cal/g)

m = masa (g)

L f= 80 L v=540

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Calor sensible Es la energa trmica que debe

absorberse o liberarse para que una

sustancia aumente o disminuya su

temperatura.

Unidades: (kcal), (J)

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Calor sensiblevapor

100C

vapor

120C

agua

100C

hielo

0C

agua

0C

hielo

-20C

Q1= m.chielo.(TfTi) Q3= m.cagua.(TfTi) Q5= m.cvapor(TfTi)

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22/28

Ejemplo 5

Se tiene un recipiente aislado con 1 litro

de agua a 25C que se quiere enfriarhasta 4C. Averigua cuntos cubitos de

hielo a 20g cada uno habr que aadir al

agua, sabiendo que se extraen de uncongelador a -10C.

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Ejemplo 6

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Ejemplo 7

Calcular el calor necesario para convertir

un bloque de hielo de 1g a -30C a vapor

de agua a 120C.

P atmosfrica = 1 bar

m

-30C

hielo

m

0C

liquido

m

0C

hielo

100C

m

liquido

m

100C

vapor

120C

m

vapor

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Grfica de la temperatura contra la energa trmica

aadida cuando 1 g inicialmente a 30C se convierte

en vapor a 120C.

Hielo

Hielo + aguaAgua

Agua +

vapor

Vapor

62.7 396.7 815.7 3076-30

0

50

100

T(C)

A

B

C

D

E

Se

calienta

el hielo

Se funde

el hielo

Se

calientael agua

Se

evapora

el agua

Secalienta

el vapor

120

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Parte A.Q1= miciDT= (1x103

)(2090)(30) = 62.7 J

Parte B.Q2= mLf= (1x103)(3.33x105) = 333 J

Parte C.Q3= mwcwDT = (1x103)(4.19x103)(100.0) = 419 J

Parte D.Q4= mLv= (1x103)(2.26x106) = 2.26x103J

Parte C.Q5= mscsDT = (1x103)(2.01x103)(20.0) = 40.2 J

Total = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5= 3114.9 J

http://www.educaplus.org/play-261-Curva-de-calentamiento-del-agua.html

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27/28

Se instalan resistencias elctricas en serie en calormetros de capacidad

calorfica despreciable que contienen 500 g de aceite y 300 g de hielo a

-20C. Al pasar la corriente y disipar calor el aceite se incrementa en 50C

su temperatura en un intervalo de 5mt y el hielo se derrite totalmente. luego

de 6mt Hallar el calor especfico del aceite lubricante.

Ejemplo 8

I I I

t1 t2

Qa

Qa=mCe(t2-t1)

Qa=500Ce(50)

-20C 0C

Q1

Qf

Qh= Q1 + Qf

Qh= mhCe(20) + 300.Lf

Qh= 300(0.5)(20) + 300.Lf

Qh= 2700cal

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28/28

Debemos recordar que en fsica el flujo es la cantidad de calor

suministrado en un tiempo determinado

Flujo (a) = Flujo(h)

Flujo = f = Q/t

25000Ce/5 = 27000/6

Ce = 0.9 cal/g C