“CAPACIDAD TÉRMICA”

Profesor: Gerardo Omar Hernández Segura

Departamento de Fisicoquímica

Laboratorio de Termodinámica

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Que el alumno comprenda los conceptos de: capacidad térmica

capacidad térmica específicaQue conozca las unidades en las cuales pueden ser expresados ambas propiedades.

Que identifique la influencia de estas propiedades en diferentes fenómenos cotidianos.

OBJETIVOS:

A través de una interacción energética entre dos

sistemas obtener la capacidad térmica y

la capacidad térmica específica de un metal.

PROBLEMA:

Sistema A Sistema B

Sistema C

Sistema A Sistema B

Sistema C

(a) (b)

La temperatura es una propiedad intensiva que permite saber si dos sistemasen contacto a través de una pared diatérmica se encuentran en equilibriotérmico. Es una propiedad no mecánica del sistema y función de estado.

Ley Cero de la Termodinámica: concepto de temperatura

LCE/2003

CALOR es la energía transferida entre al menos dos sistemas

termodinámicos (siendo uno de los sistemas los alrededores), debido a una diferencia de temperaturas

entre ellos.

CONCEPTO DE CALOR

CONCEPTO DE CALOR

T1 = T2

QT1 T2

T2 T1>

Equilibrio Térmico

ALREDEDORESTA

SISTEMATS

UNIVERSO TERMODINÁMICO

ALREDEDORESTA

SISTEMATS

Si

TS > TA

entonces

Q<0

Q

CONVENCIÓN DE SIGNOS

ALREDEDORESTA

SISTEMATS

Si

TS = TA

entonces

Q = 0

CONVENCIÓN DE SIGNOS

ganado cedidoQ Q= −

ECUACIÓN GENERAL DEL BALANCE DE CALOR

A B

TB < TA

QB = −QA

Q

32.6 CH2O

100 g25 C

+ Fe

Fe100 g100 C

27 CH2O

100 g25 C

+ Pb

Pb100 g100 C

LCE/2003

EXPERIMENTO 1:

EXPERIMENTO 2:

FACTORES DE LOS QUE DEPENDE EL CALOR

H2OH2O

H2O5000 cal

20 C500 g

H2O

5000 cal

20 C2000 g

32 C

25 CLCE/2003

EXPERIMENTO 2:

EXPERIMENTO 1:

26.1 CH2O

100 g25 C

+ Pb

Pb100 g50 C

LCE/2003

EXPERIMENTO 1:

EXPERIMENTO 2:

27 CH2O

100 g25 C

+ Pb

Pb100 g100 C

FACTORES DE LOS QUE DEPENDE EL CALOR

Q m t∝ ∆

Q cm t= ∆

Q: calor transferido (cal)m: masa (g)Δt = tf − ti: diferencia de temperaturas (ºC)c: constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza de la sustancia, llamada capacidad térmica específica

Qcm T

=∆

Q cm T= ∆

CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA c

Es la cantidad de calor Q que una masa de ungramo de sustancia absorbe, incrementando sutemperatura en un grado, y es una propiedadintensiva.

cal J BtugºC kgK lbºF

Unidades:

Q C T= ∆C mc=Hacemos:

Q cm T= ∆

CAPACIDAD TÉRMICA C

Es la cantidad de calor Q que una sustancia absorbe, INCREMENTANDO SU TEMPERATURA en un grado

Es una propiedad extensiva.

cal J BtuºC K ºF

Unidades:

QCT

=∆

CALORIMETRÍA

Es un área de la termodinámica experimental que se encarga del estudio y la cuantificación de la cantidad de

calor cedida o absorbida por un sistema cuando se realiza en él un proceso físico o químico.

Procedimiento experimental(primera etapa)

1. Amarra 4 o 5 cilindros de metal con hilo nylon. Deja 15 cm de hilo para manipularlos.

2. Coloca 150 mL de H2O a Temperatura ambiente en el vaso de unicel. Tapa el recipiente e inserta el termómetro digital en la tapa.

3. Introduce los cilindros en un baño a 40 °C por 3min. Mantén el termómetro en el H2O durante ese tiempo.

Transcurridos 3 min con crónometro, el H2O y el metal deben estar en equilibrio térmico. Registra la temperatura (este valor corresponderá a la temperatura inicial del metal).

4. Transfiere rápidamente los cilindros al vaso de unicel que contiene el H2O a TA.

Agita suavemente durante tres minutos. Registra la temperatura final del metal y del H2O.

Procedimiento experimental(primera etapa)

5. Repite el experimentointroduciendo los mismos cilindros de metal a:

Nota:TEb del H2O deberá hervir vigorosamente con la resistencia

BAÑO

60 °C80 °C

T Eb

Procedimiento experimental(primera etapa)

Exp. Ti (ºC) agua fría

Teq (ºC) ∆T agua (ºC)

Ti (ºC) metal

Teq (ºC) ∆T metal (ºC)

Q agua (cal)

Q metal (cal)

Masa de agua fría = 150 gCapacidad térmica específica del agua = 1 cal/gºC

∆T agua = teq – t inicial agua

∆T metal = teq – t inicial metal

∆T agua > 0

∆T metal < 0

1ª parte experimental: Determinación de capacidad térmica

ganado cedidoQ Q= −agua metal

metal metal metal metal

Q QQ m c T

= −

= ∆

Qmetal(cal)

∆Tmetal(ºC)

metal metalmetalQ C T= ∆¿En cuál cuadrante estará el trazo de los datos experimentales?

¿Qué información me proporciona este gráfico?

∆T metal = teq – t inicial metal

∆T metal < 0

metal metalmetalQ C T= ∆

y mx b= +0b =

1. Coloca 150 g de H2O a T ambiente en un vaso de unicel y registra su valor.

2. Amarra un hilo a uno de los cilindros metálicos para poderlo manipular.

3. Introduce durante 3 min el cilindro en un baño de Temperatura constante a 70 °C

4. Registra la temperatura inicial del metal.

5. Transfiere rápidamente el cilindro metálico al recipi-ente que contiene H2O a Temperatura ambiente.

6. El cilindro debe quedar totalmente cubierto de H2O. Registra la Tfinal después de transcurridos 3min.

7. Repite el mismo procedimiento con dos, tres, cuatro y cinco cilindros de metal.

8. Para cada caso determina la masa de los cilindros.

Procedimiento experimental(segunda etapa)

#exp Masa metal (g)

Ti metal

(ºC)

Ti agua (ºC)

Teq(ºC)

∆T agua

(ºC)

∆T metal(ºC)

Q agua (cal)

Q metal

(cal)

C metal (cal/ºC)

ganado cedidoQ Q= −

metalmetal

metal

CQT

=∆

Masa agua = 150 gQagua = m agua C agua ∆T agua

2ª parte del experimento: Determinación de capacidad térmica específica

Capacidad térmica específica del agua = 1 cal/gºC

Cmetal

(cal/ºC)

m (g)

¿Qué información me proporciona este gráfico?

Obtener % de error con respecto al valor teórico

metalC cm=y mx b= +

0b =

Por su atención¡Gracias!

e-mail: omar.termo@hotmail.com

Profesor: M. en C. Gerardo Omar Hernández Segura

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