Glosario
Termodinámica: Parte de la física que estudia los intercambios de calor y de
trabajo que se producen entre un sistema y su entorno y que origina variaciones
en la energía interna del mismo:
las leyes de la termodinámica establecen que la entropía del universo siempre aumenta.
Botzmann: La constante de Boltzmann (k o kB) es
la constante física que relaciona temperatura
absoluta y energía. Se llama así por el físico austriaco Ludwig
Boltzmann, quien hizo importantes contribuciones a la teoría de
la mecánica estadística, en la que esta constante desempeña un papel
fundamental. Su valor es (en SI)
Rankine: Se denomina Rankine (símbolo R) a la escala
de temperatura que se define midiendo en grados Fahrenheit sobre
el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero
escocés William Rankine en 1859.
Termostasis: Mantenimiento de una temperatura corporal estable, como
en los animales de sangre caliente.
Principios inmediatos: sustancias nutritivas contenidas en los alimentos. Pueden ser orgánicos o inorgánicos.
Fricción: Roce de dos cuerpos en contacto.
Calorímetro: instrumento que sirve para medir las cantidades de calor
suministradas o recibidas por los cuerpos.
Bibliografía
https://www.xuletas.es/ficha/principios-inmediatos-1/
https://es.wikipedia.org/wiki/Calorimetria
https://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961533918
Introducción
La calorimetría es la ciencia que mide la cantidad de energíagenerada en
procesos de intercambio de calor. El calorímetro es el
instrumento que mide dicha energía. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y
perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua
hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el
termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro
(que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la
cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de
calor es un objeto caliente de temperatura conocida,
el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va
enfriando el objeto. El calor latente, que no está relacionado con un cambio de
temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al
cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa.
Marco teórico
El calor y el frío han sido usados para
propósitos médicos durante siglos. Desde la antigüedad se recomendaba el uso del
calor para algunas enfermedades (baños de aceite caliente o en aguas termales),
mientras que para otras enfermedades se recomendaba la aplicación de sustancias
frías. La controversia sobre estos tratamientos subsiste hasta nuestros días;
sin embargo, ha habido progresos debidos a la colaboración entre médicos,
físicos y pacientes.
La temperatura del
cuerpo humano varía entre los 34° y los 42°C,por lo
que un termómetro para medir la temperatura ambiente no es lo adecuado para el
cuerpo humano. Cuando se usa un termómetro
electrónico, la lectura es muy rápida, mientras que si el termómetro es de
mercurio (el más común), hay que esperar el tiempo suficiente para que la
lectura sea la correcta, aproximadamente 3 ó 4 minutos, de otra manera no es
confiable. Otros dos dispositivos muy usados para medir la temperatura o
cambios en la temperatura del cuerpo humano son el termistor
y el termopar.
La calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un calorímetro. La calorimetría
indirecta calcula el calor que los organismos vivos producen a partir de la
producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos
terrestres), y del
consumo de oxígeno.
Calor
En física, el calor es una forma de energía asociada al movimiento de los
átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia.
El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que
tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de
microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto
está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en
contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre.
El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos,
entre los que cabe reseñar la radiación,la conducción y la convección, aunque
en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se
encuentran presentes en mayor o menor grado.
El calor que puede intercambiar un cuerpo con su
entorno depende del tipo de transformación que
se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no
tienen calor, sino energía interna. El calor es la
transferencia de parte de dicha energía interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente
temperatura.
Temperatura
La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que
caracteriza el calor, o transferencia de energía
Concretamente, dado un sistema en él se pueda expresar como suma de energías
cinéticas de todas las partículas, y suma de energías potenciales de partículas
tomadas por pares (es decir, H=T+V donde V = Σi<j V(rij)), entonces tendremos que se cumple 3/2 N KBT = 1/n *
Σi<n1/2 mivi². Siendo KB la constante de
Boltzmann.
Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias
varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su
estado (gaseoso, líquido, sólido, plasma), la densidad, la solubilidad, la
presión de vapor ola conductividad eléctrica. Así mismo es
uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las
reacciones químicas.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de
temperatura es el kelvin. Sin embargo, está muy generalizado el uso de otras escalasde temperatura, concretamente la escala
Celsius (o centígrada), y, en los países anglosajones, la escala Fahrenheit. También existe la escala Rankine (°R) que establece su punto de
referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, es la escala utilizada en el
Sistema Inglés Absoluto. Una diferencia de temperatura de un kelvin equivale a una diferencia de un grado centígrado.
Medición de la temperatura
La temperatura de un cuerpo no es una propiedad que
pueda medirse directamente, sino que para obtenerla se emplean otras
propiedades, ya sean del propio cuerpo a
medir, o del
aparato que se utiliza para tal fin, llamado termómetro. Este método de medir
la temperatura es posible pues se conoce la relación entre la temperatura de un cuerpo y alguna otra propiedad, que puede ser, por
ejemplo la dilatación. Dependiendo de la variable
termométrica utilizada los termómetros reciben distintos nombres y funcionan de
manera diferente.
Calor Específico
El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se
requiere para elevar un grado Celsius la temperatura
de un gramo de ella. Según esta definición, las unidades en que se expresa este calor son J/g°C. Así el calor específico del agua es de 4,184 J/g C, valor que es anormalmente elevado cuando se le compara
con los de otras sustancias. Por ejemplo, el del
mercurio es 0,139 y el del
etanol es 2 J/g°C. Por lo tanto, el valor 4,184
J/g.°C implica que se necesita una gran cantidad de calor para calentar 1 g de
agua o se desprendemucho calor cuando ésta se enfría. Como en el estado líquido, análogamente al
estado sólido, las moléculas de agua están atraídas mediante enlaces de
hidrógeno, se requiere energía calórica para romper los enlaces de hidrógeno
con lo cual las moléculas se mueven más rápido, es decir, alcanzan mayor
energía cinética. Pero en el caso del agua, a diferencia de otros
líquidos, para una cantidad dada de calor, se eleva menos la temperatura de un
gramo de agua. A 100°C todavía hay un número muy
grande de enlaces de hidrógeno sin romper y para vaporizar un mol de agua se
necesita cerca de cuatro veces más calor que lo esperado de no haber dicho
enlace. Esta cantidad adicional de calor es la razón que explica porqué el
punto de ebullición del
agua es100°, mientras que el del
H2S, una molécula comparable, es -61°C.El H2S no presenta enlace de
hidrógeno, al menos de manera significativa.
Equilibrio Térmico
Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio
térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. Esta definición
requiere además que las propiedades físicas del sistema, que
varían con la temperatura, no cambien con el tiempo. Algunas propiedades
físicas que varían con la temperatura son el volumen, la densidad y la presión.
El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio
térmico es la temperatura. Cuando dos cuerpos se
encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma
temperatura.
En realidad, el concepto de equilibriotérmico desde el
punto de vista de la
Termodinámica requiere una definición más detallada que se presenta a
continuación.
Definición termodinámica del
equilibrio térmico
Para poder dar una definición más precisa del concepto de equilibrio térmico desde un
punto de vista termodinámico es necesario definir de forma más precisa algunos
conceptos.
Dos sistemas (entiéndase por sistema a una parte del universo
físico) que están en contacto mecánico directo o separados mediante una
superficie que permite la transferencia de calor (también llamada superficie
diatérmica), se dice que están en contacto térmico.
Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar químicamente.
Consideremos además que estos sistemas están colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el
exterior ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre
ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo
estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se denominará
estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente de equilibrio térmico.
El concepto de equilibrio térmico puede extenderse para hablar de un sistema o cuerpo en equilibrio térmico. Cuando dos
porciones cualesquiera de un sistema se encuentran en
equilibrio térmico se dice que el sistema mismo está en equilibrio térmico o
que es térmicamente homogéneo. Experimentalmente se encuentra que, en un sistema en equilibriotérmico, la temperatura en cualquier
punto del
cuerpo es la misma.
1: sQué es el equilibrio térmico?
R: 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 térmico.
2: sCómo crees que nuestro cuerpo autorregula su
consumo energético tanto en invierno como
en verano para mantener su temperatura constante?
R: El hombre necesita energía para mantener su temperatura corporal constante
(termostasis), para atender al trabajo de ciertos órganos y glándulas que nunca
paran, para crecer en cierta época de la vida o reponer el desgaste diario de
sus tejidos y para realizar esfuerzos musculares. Esta energía necesaria se
obtiene de las sustancias nutritivas llamadas principios inmediatos, contenidas
en los alimentos como
los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas.
Para mantener la temperatura corporal es
necesario que haya un balance entre la producción de
calor y su disipación. Durante el verano, nuestro cuerpo
tiende a perder cantidades significativas de calor para poder mantenerse en
equilibrio con la temperatura externa. Esta perdida la realiza a través del
sudor, de la evaporación.
En cambio, en invierno, hay una mayor generación de calor por parte de nuestro
organismo. Disminuir la superficie corporal expuesta al frío
es una estrategia para conservar la energía. De la misma manera,generamos calor en forma de ejercicio muscular
involuntario, como
tiritones, y ejercicio muscular voluntario.
3: sQué relación crees que hay entre este hecho y las
costumbres alimenticias de las diferentes regiones de nuestro país?
Normalmente el consumo de cada persona depende de la región
en la cual se encuentre. Por ejemplo, en la región de los lagos, el clima es más frío, lo
cual requiere de mayor producción de calor del cuerpo. Existen alimentos de mayor valor
calórico que otros que nos van a brindar mayor energía para poder realizar las
actividades normales diarias. Están, por ejemplo, los
carbohidratos y grasas, que son esenciales para mantener el calor corporal.
La alimentación de cada región depende también del tipo de cultivo
que haya en cada una.
Por otro lado, en la región de Arica, en donde el calor es predominante, es
necesaria la ingestión de líquidos en mayor cantidad para mantener la
temperatura corporal regulada. En cambio, en la Costa
la alimentación es muy variada. En regiones pobres la
ingestión de proteínas es más limitada.
Discusión
Diagrama de flujo
Adición de agua en una lata
Corte de base de las latas
Pasar alambre de extremo a extremo
Medición de temperatura inicial
Lata
sobre
trípode
Lata debajo el trípode
Encendimiento de nuez
Amarrar nuez en medio
Calculo de:
Q=m*c*aˆ†t
Medición temperatura final
Medir tiempo que demora en consumirse
Resultados
Q=m*c*aˆ†t→Q=0,30g*4,18Jg*36°-15°→Q=0,30g*4,18Jg*21°=26,334 Joule
Conclusión
