La capacidad calorífica de un cuerpo es el
cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un
cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que
experimenta. En una forma más rigurosa, es la energía
necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una
unidad de temperatura.1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta
dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de
calor. Puede interpretarse como una medida de inercia
térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo
de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema;
por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la
capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica
será mayor que la de un vaso de agua. En general, la
capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.
La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica
específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que
se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor», y es
el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor
específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica.
Antes del desarrollo
de la termodinámica moderna, se pensaba que el calor era un fluido
invisible, conocido como calórico.
Los cuerpos eran capaces de almacenar una cierta cantidad de ese
fluido, de ahí el término capacidadcalorífica, nombrada e investigada por
vez primera por el químico escocés Joseph Black en la década de
1750. En la actualidad, la noción de calórico ha sido sustituida
por la noción de la energía interna de un
sistema. Es decir, el calor ya no se considera un
fluido si no una transferencia de energía desordenada.
MEDIDA DE LA CAPACIDAD CALORIFICA
Para medir la capacidad calorífica bajo unas
determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una
sustancia (o un sistema) con el incremento de
temperatura resultante. La capacidad calorífica viene dada por
Donde:
C es la capacidad calorífica, que en general será función de las
variables de estado.
es el calor absorbido por el sistema.
la variación de temperatura
Se mide en unidades del SI julios por kelvin (J/K)
(o también en cal/°C).
La capacidad calorífica (C) de un sistema físico
depende de la cantidad de sustancia o masa de dicho sistema. Para un sistema
formado por una sola sustancia homogénea se define además el calor
específico o capacidad calorífica específica c a partir de
la relación:
Donde:
C es la capacidad calorífica del cuerpo o sistema
c es el calor específico o capacidad calorífica específica
m la masa de sustancia considerada
De las anteriores relaciones es fácil inferir que al aumentar la masa de una
sustancia, se aumenta su capacidad calorífica ya que aumenta la inercia
térmica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su
temperatura.
PLANTEAMIENTO FORMAL DE CAPACIDAD CALORIFICA
Sea un sistematermodinámico en el estado . Se
define la capacidad calorífica asociada a un proceso estático
elemental que parte de y finaliza en el
estado como el límite del cociente entre la cantidad de
calor absorbido por el sistema y el incremento de
temperatura que experimenta cuando el estado final tiende
a confundirse con el inicial .
Donde , es una curva parametrizada mediante la
temperatura, que representa el camino seguido en el espacio fásico durante
el proceso c. La capacidad calorífica es, de este modo, una variable
termodinámica y está perfectamente definida en cada estado de equilibrio del
sistema (el signo indica que no una función Q cuya diferencial sea
precisamente , es decir, se trata de 1-forma no exacta).
En la transformación isocora, el volumen del estado inicial
es el mismo que el volumen final.
En la transformación isoterma, la temperatura del estado inicial es la misma que la
temperatura del
final.
En la transformación adiabática, el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no
intercambia calor con su entorno.
OBJETIVOS
En la realización de esta experiencia se pretende que el alumno sea capaz de:
a) Diferenciar y entender un proceso adiabático de un proceso isotérmico.
b) Utilizar una técnica indirecta para calcular capacidades caloríficas a
presión y volumen constantes.
c) Determinar la relación de capacidades caloríficas, conocida como coeficiente
adiabático (γ) para un gas.
d) Evaluar la eficiencia de la técnica en base a sus
resultados experimentales.
e) Aplicar la validez de unproceso reversible.
MATERIAL
1 Aparato de Clement-Desormes
1 Pinzas Mohr
1 Perilla de hule
CUESTIONARIO
1.- Esquema de Clement-Desormes señalando sus partes
2.- Fisicamente sComo determina que el sistema ha alcanzado el equilibrio con
los alrededores?
El equilibrio térmico es el estado en el que se igualan las
Temperaturas de dos cuerpos en cuyas condiciones iniciales tenían diferentes
temperaturas. Al igualarse las Temperaturas se
suspende el flujo de calor, el sistema formados por esos cuerpos llega a su
EQUILIBRIO TERMICO.
Por ejemplo si se tiene un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría,
a través de sus paredes se establecerá un flujo de energía calorífica, puede
pasar mucho tiempo, pero en algún momento las temperaturas del agua en ambos
recipientes se igualara (por medio de la trasferencia de calor, en este caso
del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio
ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzaran cuando
ambas masas de agua estén a la misma temperatura.
sQué tipo de proceso ocurre al abrir la válvula de
alivio?
Es una expansión adiabática, ya que al momento de abrir hay una expansión ya
que disminuye la presión esto hace que disminuya el nivel del agua, en esta
expansión las presiones se tratan de igualar.
4.- Explique porque aumenta la presión cuando al cerrar la válvula de alivio
deja usted que el sistema obtenga el equilibrio
Se abre la llave que comunica el recipiente con la atmosfera, el aire
experimenta una transformaciónadiabática, disminuyendo rápidamente su presión,
hasta alcanzar la presión atmosférica, se cierra la llave y se espera cierto
tiempo a que el aire del recipiente vuelva a adquirir su temperatura,
(calentamiento a volumen constante) se eleva la presión, es un calentamiento
isocoro.
sCómo relaciona las lecturas obtenidas en el
manómetro con la presión real del
sistema?
Porque se realizan cambios de presión muy pequeños, casi para coincidir con las
presiones originales, de esta forma la diferencia entre las presiones
corresponderá a la diferencia de alturas iniciales del manómetro.
En base a sus datos experimentales calcule las
capacidades caloríficas a presión y volumen constantes y compare sus resultados
con los informados en la bibliografía
7.- Explique las diferencias encontradas en el inciso anterior. sCómo sugiere que se puede evitar?
Con los resultados experimentales obtenidos
calcule el valor de (γ) para cada uno de los gases utilizados. Compárelos
con los informados en la bibliografía.
Señale las diferencias entre los siguientes
procesos: adiabático, isotérmico e isocórico
En un proceso adiabático no hay transferencia de calor entre el medio interno y
externo, pero si hay un cambio de temperatura. En un
proceso isotérmico no hay cambios de temperatura. Y finalmente en un proceso isotérmico, la compresión o expansión de un gas
ideal esta en contacto permanente con un termostato.
SOLO FALTAN LAS PREGUNTAS DE LA 6 A LA 8 ïŠ
https://www.clubensayos.com/Ciencia/Diferenciar-Y-Entender-Un-Proceso/598886.html