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Experimento - Medios didácticos para experimentar/Almacenamos calor/Capacidad calorífica (editar)
Revisión del 00:08 1 sep 2021
, hace 2 años→Descripción del recurso
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|-
|-
| style="text-align:center; width:50%; border: 1px solid #000000;" |Material
| style="text-align:center; width:50%;" |'''Material'''
| style="text-align:center; width:50%; border: 1px solid #000000;" | Capacidad calorífica [kJ/kg K]
| style="text-align:center; width:50%;" |'''Capacidad calorífica [kJ/kg K]'''
|- style="border: 1px solid #000000;"
|- style="border: 1px solid #000000;"
|style="border: 1px solid #000000;"|"Agua
|'''Agua'''
|style="border: 1px solid #000000;"|4,183
|'''4,183'''
|-
|-
|Etanol
|2,4
|-
|-
|Madera
|2,5
|-
|-
|Hielo (0 °C)
|2,1
|-
|-
|Amoniaco
|2,06
|-
|-
|Aire
|1,01
|-
|-
|Aluminio
|0,9
|-
|-
|Cobre
|0,38
|-
|-
|Mercurio
|0,14
|}
|}
'''Tabla 1:''' Valores de referencia para las capacidades caloríficas de líquidos, gases y sólidos. Si no se indica explícitamente otra cosa, los valores se refieren a una temperatura de 20 °C. Los datos para gases corresponden a las capacidades caloríficas a presión constante.<ref>Fuente: Kuchling, 1978</ref>
'''Tabla 1:''' Valores de referencia para las capacidades caloríficas de líquidos, gases y sólidos. Si no se indica explícitamente otra cosa, los valores se refieren a una temperatura de 20 °C. Los datos para gases corresponden a las capacidades caloríficas a presión constante.<ref>Fuente: Kuchling, 1978</ref>
===Así se determina la capacidad calorífica de una sustancia===
===Así se determina la capacidad calorífica de una sustancia===
En primer lugar se establece la temperatura y la masa de la sustancia cuya capacidad calorífica se desee determinar. A continuación se transfiere a la sustancia una cantidad de calor definida, se mide la temperatura y se calcula la diferencia de temperatura (ᐃT). La capacidad calorífica específica se determina luego a partir de las magnitudes medidas, por medio de la siguiente ecuación:
En primer lugar se establece la temperatura y la masa de la sustancia cuya capacidad calorífica se desee determinar. A continuación se transfiere a la sustancia una cantidad de calor definida, se mide la temperatura y se calcula la diferencia de temperatura (ᐃT). La capacidad calorífica específica se determina luego a partir de las magnitudes medidas, por medio de la siguiente ecuación:
<center>(3)</center>
<div class="center" style="width:45%; border:1px solid; margin: auto;">
<big>c=Q/(mˑᐃT)</big>
</div>
====Líquidos o gases====
====Líquidos o gases====
La determinación experimental de la capacidad calorífica funciona de un modo bastante sencillo, tal y como muestra este ejemplo de la cocina.
La determinación experimental de la capacidad calorífica funciona de un modo bastante sencillo, tal y como muestra este ejemplo de la cocina.
En los sólidos se determina la capacidad calorífica con la ayuda de un calorímetro. Su principio de funcionamiento se basa en el llamado método de las mezclas (v. ecuación 4): Si se ponen en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas, el cuerpo más caliente (m<sub>1</sub>, T<sub>1</sub>, c<sub>1</sub>) cederá calor al cuerpo más frío (m<sub>2</sub>, T<sub>2</sub>, c<sub>2</sub>) hasta que ambos cuerpos tengan la misma temperatura (temperatura de mezcla T<sub>Mix</sub>). Aquí la cantidad de calor cedida por el cuerpo más caliente (Q<sub>1</sub>) es igual al calor absorbido por el cuerpo más frío (Q<sub>2</sub>).
En los sólidos se determina la capacidad calorífica con la ayuda de un calorímetro. Su principio de funcionamiento se basa en el llamado método de las mezclas (v. ecuación 4): Si se ponen en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas, el cuerpo más caliente (m<sub>1</sub>, T<sub>1</sub>, c<sub>1</sub>) cederá calor al cuerpo más frío (m<sub>2</sub>, T<sub>2</sub>, c<sub>2</sub>) hasta que ambos cuerpos tengan la misma temperatura (temperatura de mezcla T<sub>Mix</sub>). Aquí la cantidad de calor cedida por el cuerpo más caliente (Q<sub>1</sub>) es igual al calor absorbido por el cuerpo más frío (Q<sub>2</sub>).
<center>(4)</center>
<div class="center" style="width:45%; border:1px solid; margin: auto;">
<big>Q<sub>1</sub> = c<sub>1</sub> ˑ m<sub>1</sub> ˑ (T<sub>1</sub> – T<sub>Mix</sub>) = c<sub>2</sub> ˑ m<sub>2</sub> ˑ (T<sub>Mix</sub> – T<sub>2</sub>) = Q<sub>2</sub></big>
</div>
[[Archivo:Fig 1. El principio del calorímetro.jpg|195px|thumbnail|Fig 1. El principio del calorímetro]]
[[Archivo:Fig 1. El principio del calorímetro.jpg|195px|thumbnail|Fig 1. El principio del calorímetro]]
En el calorímetro se pone la sustancia a medir (m2, T2) en contacto con un baño María (m1, T1). Aquí es importante que el recipiente en el que se encuentra el agua esté bien aislado, cediendo poco calor al exterior. Del agua se conoce la capacidad calorífica, la masa y la temperatura. El agua se calienta ahora durante un tiempo determinado. Una vez finalizada la transferencia de calor, se mide la
En el calorímetro se pone la sustancia a medir (m2, T2) en contacto con un baño María (m1, T1). Aquí es importante que el recipiente en el que se encuentra el agua esté bien aislado, cediendo poco calor al exterior. Del agua se conoce la capacidad calorífica, la masa y la temperatura. El agua se calienta ahora durante un tiempo determinado. Una vez finalizada la transferencia de calor, se mide la
Si ahora se coloca un sólido en el agua, se comprueba que el baño de agua se enfría, ya que una parte del calor se transmite al cuerpo sólido que se encuentra en el baño María. Cuando se deja de producir un cambio de la temperatura, se dice que el agua y el sólido se encuentran en equilibrio térmico. Se ha alcanzado la temperatura de mezcla T<sub>Mix</sub> y la capacidad calorífica del sólido se puede calcular despejando en la ecuación (4) la capacidad calorífica de la sustancia más fría (c<sub>2</sub>).
Si ahora se coloca un sólido en el agua, se comprueba que el baño de agua se enfría, ya que una parte del calor se transmite al cuerpo sólido que se encuentra en el baño María. Cuando se deja de producir un cambio de la temperatura, se dice que el agua y el sólido se encuentran en equilibrio térmico. Se ha alcanzado la temperatura de mezcla T<sub>Mix</sub> y la capacidad calorífica del sólido se puede calcular despejando en la ecuación (4) la capacidad calorífica de la sustancia más fría (c<sub>2</sub>).
<div style="clear: both"></div>
<center>(5a)</center>
<div class="center" style="width:45%; border:1px solid; margin: auto;">
<big>C<sub>2</sub> = c<sub>1</sub> ˑ m<sub>1</sub> ˑ (T<sub>1</sub> – T<sub>Mix</sub>)/m<sub>2</sub>ˑT<sub>Mix</sub>-T<sub>2</sub> </big>
</div>
Aquí también se comete un error, pues no se tienen en cuenta las capacidades caloríficas del calorímetro y del termómetro (denominados juntos C<sub>K</sub>). Para ser exactos, primero debería determinarse con agua esa capacidad calorífica C<sub>K</sub> y luego tenerse en cuenta a la hora de calcular la capacidad calorífica específica c<sub>2</sub> del sólido. La ecuación quedaría así:
Aquí también se comete un error, pues no se tienen en cuenta las capacidades caloríficas del calorímetro y del termómetro (denominados juntos C<sub>K</sub>). Para ser exactos, primero debería determinarse con agua esa capacidad calorífica C<sub>K</sub> y luego tenerse en cuenta a la hora de calcular la capacidad calorífica específica c<sub>2</sub> del sólido. La ecuación quedaría así:
<center>(5b)</center>
<div class="center" style="width:45%; border:1px solid; margin: auto;">
<big>C<sub>2</sub> = (c<sub>1</sub> ˑ m<sub>1</sub>+C<sub>K</sub>)ˑ (T<sub>1</sub> – T<sub>Mix</sub>)/m<sub>2</sub>ˑT<sub>Mix</sub>-T<sub>2</sub> </big>
</div>
===Capacidad calorífica y almacenamiento de calor===
===Capacidad calorífica y almacenamiento de calor===
Todo el mundo lo conoce de la vida diaria: en invierno, mucha gente se prepara una bolsa de agua caliente para tener toda la noche la cama bien caliente. El calor es almacenado aquí temporalmente en forma de un aumento de la temperatura. Para este tipo de almacenamiento de calor son especialmente adecuadas las sustancias con una gran capacidad calorífica, como el agua, por ejemplo: entre mayor es la capacidad calorífica de una sustancia, menor es la masa necesaria de esa sustancia para almacenar en ella una cantidad de calor determinada (las bolsas de agua caliente tampoco son especialmente grandes por lo general).
Todo el mundo lo conoce de la vida diaria: en invierno, mucha gente se prepara una bolsa de agua caliente para tener toda la noche la cama bien caliente. El calor es almacenado aquí temporalmente en forma de un aumento de la temperatura. Para este tipo de almacenamiento de calor son especialmente adecuadas las sustancias con una gran capacidad calorífica, como el agua, por ejemplo: entre mayor es la capacidad calorífica de una sustancia, menor es la masa necesaria de esa sustancia para almacenar en ella una cantidad de calor determinada (las bolsas de agua caliente tampoco son especialmente grandes por lo general).
Nota: En el almacenamiento de energía en forma de calor a escala industrial, la capacidad calorífica de la sustancia empleada para almacenar calor es un factor más bien secundario. Preferentemente se emplean otras clases de acumuladores, p. ej., acumuladores de calor latente(aquí se almacena calor en forma de una transición de fase) o acumuladores termoquímicos (el calor se almacena en forma de reacciones químicas). Por ejemplo, un acumulador de acetato de sodio con una masa de 100 kg almacena, al fundirse a 58 °C, cinco veces más calor que un acumulador de agua con una masa de 100 kg, al calentarlo de 0 °C a 99 °C.
Nota: En el almacenamiento de energía en forma de calor a escala industrial, la capacidad calorífica de la sustancia empleada para almacenar calor es un factor más bien secundario. Preferentemente se emplean otras clases de acumuladores, p. ej., acumuladores de calor latente(aquí se almacena calor en forma de una transición de fase) o acumuladores termoquímicos (el calor se almacena en forma de reacciones químicas). Por ejemplo, un acumulador de acetato de sodio con una masa de 100 kg almacena, al fundirse a 58 °C, cinco veces más calor que un acumulador de agua con una masa de 100 kg, al calentarlo de 0 °C a 99 °C.
==Comentarios adicionales==
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