Fisica General Burbano

316 EL CALOR Y SUS EFECTOS
CALORES ESPECÍFICOS
A 20 ºC (cal /g · K)
Plomo
Oro
Platino
Mercurio
Cobre
Hierro
Aluminio
Sodio
Granito
Hormigón
Asfalto
Benceno
Hielo (–20 ºC)
Hielo (0 ºC)
Acetona
Éter
Alcohol etílico
Agua de mar (17 ºC)
Fig. XV-2.– Calorímetro.
0,031
0,031
0,032
0,033
0,092
0,108
0,214
0,293
0,191
0,201
0,220
0,414
0,467
0,488
0,517
0,553
0,581
0,940
En todo el estudio anterior se ha supuesto que el calor específico es constante para el intervalo
de temperatura ∆T; esto no es así, puesto que el calor específico de todas las sustancias cambia
brusca y significativamente cuando se produce un cambio de estado; y aun en ausencia de tales
cambios el calor específico disminuye para todas las sustancias cuando disminuye la temperatura
(para la mayoría de las sustancias, el calor específico varía muy lentamente con la temperatura,
pudiéndose considerar constante dentro de un determinado intervalo de temperatura). Teniendo
en cuenta lo anteriormente dicho, el calor específico de una sustancia será:
zT2
1 ∆Q
1 dQ
c = lím = ⇒ dQ = Mc dT ⇔ Q = M c dT
M ∆t
→ 0 ∆T
M dT
T1
para realizar la integración necesitamos conocer la forma de la función: c = f(T). Si c es constante
de T 1
a T 2
la expresión anterior se reduce a:
T2
Q = Mc dT = Mc( T − T )
z1 T
idéntica a la que hemos hallado en nuestro primer estudio.
Las unidades de calor específico serán: erg /g · K (CGS), J/kg · K (SI) y el kgm/utm · K (TÉCNICO).
Una unidad que es muy utilizada y que persiste desde la teoría del calórico es: cal/g · K; su equivalente
en el SI lo calcularemos teniendo en cuenta que 1 cal = 4,18 J, quedándonos: 1 cal/g · K =
= 4 180 J/kg · K; que corresponde al calor específico del agua como consecuencia de la definición
de caloría.
Debido a que 1 ºC es equivalente a 1 K, en todo lo anteriormente dicho podemos poner ∆t
(variación de temperatura en ºC) en vez de ∆T (variación de temperatura en K).
XV – 3. Capacidad calorífica de una sustancia
«La CAPACIDAD CALORÍFICA de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar un
grado centígrado su temperatura».
Si M es la masa de la sustancia y c su calor específico, la capacidad calorífica es:
C = Mc
ya que ∆t es 1 ºC. A esta magnitud física se llama «EQUIVALENTE EN AGUA» porque para los efectos
de absorción o desprendimiento de calor, hace el mismo efecto que una masa de agua igual a su
valor siempre que la masa se exprese en gramos y el calor específico en cal/g · K.
XV – 4. Principio de las mezclas
«Cuando se mezclan dos sustancias a distinta temperatura, la caliente cede calor a la fría
hasta quedar ambas a la misma temperatura y, si no hay influencia del medio externo, la
cantidad de calor absorbida por una es igual a la desprendida por la otra».
XV – 5. Determinación de calor específicos de sólidos y líquidos:
método de las mezclas
Para hacer la aplicación práctica del anterior principio y determinar calores específicos, se emplean
los calorímetros; éstos son unas vasijas de metal, introducida una dentro de la otra (Fig.
XV-2), entre las que se pone una materia aislante o simplemente aire, para evitar las influencias
térmicas del medio externo. En la vasija interior se pone una masa M determinada de agua. Un
termómetro nos indica su temperatura t. Se calienta el cuerpo, de masa m, cuyo calor específico c
se trata de determinar, hasta una temperatura t′ mayor que t.
Se introduce el cuerpo en el agua y se agita ésta. La temperatura del agua asciende de t a un
valor máximo t′′. La aplicación del principio de las mezclas, expresando los calores específicos en
cal/g · K, conduce a:
M( t′′ − t)
M( t′′ − t) = mc( t′ − t′′ ) ⇒ c =
mt ( ′ − t′′
)
Hay que tener en cuenta, para una determinación precisa, que el vaso calorimétrico, el agitador,
la parte sumergida del termómetro, etc., también se calienta, es decir, pasan de la temperatura
t a la t′′. En consecuencia, el principio de las mezclas se expresará:
siendo m v
y m a
... las masas del vaso y el agitador, ...; c v
y c a
... sus calores específicos y ∑ mc la
suma de los equivalentes en agua de todos los accesorios del calorímetro y, por tanto, su equivamc
( t′ − t′′ ) = M ( t′′ − t) + m c ( t′′ − t) + m c ( t′′ − t) + ... = M + ∑ mc ( t′′ − t)
v v a a
2 1
b
g
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