Capacidad calorífica

Indagación

Esta semana vamos a profundizar en algunas ideas sobre el calor y la temperatura, aplicadas a situaciones reales. Vamos a terminar de comprender bien qué es el calor y qué es la energía térmica. Res- ponderemos a preguntas como ¿la cantidad de calor cedida o ab- sorbida por un cuerpo depende de su masa o del tipo de material?

A. Calor y energía

Por favor dame tu opinión: a. Si llenamos un recipiente grande y otro pequeño con agua a 25 °C, y medimos la temperatura de los dos al mismo tiempo, ¿será diferente? ¿Qué podríamos decir sobre la energía

térmica y el calor?

Procedimiento:

1. Observa las imágenes que se presentan a continuación.

2. Descríbelas y responde en tu cuaderno de trabajo:

a. ¿Qué tipo de energía se está intercambiando en cada una?

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3. Contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno de trabajo y brinda un ejemplo.

a. Al decir que un objeto cede calor, ¿qué le ocurre a su energía térmica y temperatura?

b. Al decir que un objeto cede calor, ¿qué le ocurre a su energía térmica y temperatura?

Existe una proporcionalidad directa entre calor (Q) y variación de temperatura (ΔT = T - T ) donde: T, es temperatura final y T, es temperatura inicial.

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Unidad

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Creatividad

Procedimiento:

1. Vierte 50 ml de agua en un vaso y 150 ml en el otro.

2. Registra las temperaturas.

3. Corrobora la relación entre masa y temperatura comparando lo observado con tu respuesta al inicio de la actividad A.

4. Si se le agrega la misma cantidad de calor a cada vaso.

a. Brinda una hipótesis: ¿cuál cantidad de agua crees que cam- bie más rápido su temperatura? ¿la de mayor masa o la de menor masa?

Ahora vamos a encontrar algunas relaciones sobre la cantidad de calor cedida o absorbida por un cuerpo y su masa.

B. Calor absorbido por distintas masas

Supón que deseamos conocer la relación que existe entre el calor y la masa. Podemos pensar en diferentes situaciones cotidianas que nos ayuden a explorar esa relación.

Por ejemplo, ¿qué tiempo de cocción en el fuego será mayor, la de una taza de té o una sopa para toda tu familia? Imagina que ya es- tán hechas la sopa y el té. Te sirves la sopa en un plato y el té en una taza, ¿qué se enfriará más rápido: la taza de té o la sopa?

a. Escribe tus respuestas en la libreta de trabajo.

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Materiales:

Los cuerpos no tienen calor.

Lo correcto es decir que tienen energía térmica, energía interna o

temperatura.

Reservamos el término «calor»

para la energía que se transfiere

de un cuerpo a otro. Esta energía es fácil de medir, pero la energía total que tiene el

cuerpo no.

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Procedimiento:

1. Infla el primer globo de aire y hazle nudo.

2. Introduce agua de grifo (20 ml), infla y hazle nudo al segundo globo.

3. Enciende las dos velas.

4. ¿Qué crees que ocurrirá al acercar ambos globos a las velas encendidas? Plantea una hipótesis y continúa con el siguiente paso.

5. Toma ambos globos y acércalos a las llamas. Registra tus obser- vaciones. ¿Se cumplió tu hipótesis?

debe ser registrado.

6. Mide la temperatura del agua con el termómetro cada 3 minutos hasta que alcance los 50 °C. ¿Confirmaste tu hipótesis?

C. Calor absorbido por distintos materiales

Ahora, ¿qué podríamos decir con respecto al calor absorbido o cedido por un cuerpo en función del tipo de sustancia? ¿Te has fijado que, en el mar, al mediodía, la arena está caliente y el agua no, pero al llegar al atardecer el agua queda tibia y la arena fría? Veamos qué podemos averiguar con el siguiente experimento que nos ayude a analizar esta situación.

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Materiales:

Podemos observar cómo le damos la misma cantidad de calor a diferentes tipos de sustancias y vemos que los cambios en las temperaturas y los resultados son diferentes.

Por ejemplo:

Calor específico del agua: 4.182 J/g °C Calor específico del aluminio: 0.896 J/g °C

Este valor significa que para elevar 1 °C la tem-

peratura de 1 g de agua, se requiere 4.182 J. Este valor significa que para elevar 1 °C la tem- peratura de 1 g de aluminio, se requiere 0.896 J.

Unidad

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Comunicación

¿Qué aprendimos?

Existen intercambios de energía que no se pueden cuantificar por medio de la energía mecánica, es decir, calculando el trabajo.

Antes de ser transferida, la energía que está en el cuerpo no es calor, sino energía térmica.

Yo aprendí que el intercambio de energía térmica entre dos cuerpos se cuantifica por medio del calor ganado de uno y perdido del otro.

Yo aprendí que cada material, como el cobre, aluminio, agua, etc., tiene sus propias características para absorber o ceder calor. Llamamos a este

concepto calor específico. O sea que Cada sustancia posee un calor

Las unidades de la capacidad calo- rífica son: J/°C o cal/°C. En el Siste- ma Internacional se usa: J/K.

Unidades del ca- lor específico: cal/

(g∙°C). En el Sistema Internacional:

J/(kg∙K).

Notación Notación El trabajo y el calor son dos procesos mediante los cuales se

intercambia energía. Trabajo, calor y energía, por tanto, se mi- den en las mismas unidades: joule (J) en el Sistema Internacio- nal. Además de esta unidad, está la caloría (cal).

Una caloría se define como la cantidad de calor necesario para elevar de 14.5 °C a 15.5 °C 1 gramo de agua.

A la cantidad de calor requerida para elevar en 1 °C la tem- peratura de una sustancia, se le llama capacidad calorífica.

Cuanto mayor sea el valor de la capacidad calorífica de una sustancia, mayor deberá ser la cantidad de calor necesario para subir o bajar su temperatura. Por ejemplo, es necesario más calor para calentar de 20 °C a 30 °C el agua de una pis- cina semiolímpica (312 m3) que 1 vaso de agua (350 ml). Por esta razón, la capacidad calorífica es una propiedad extensi- va de la materia porque su valor depende de la masa, en el caso que estamos mencionando, la masa del agua.

La capacidad calorífica, denotada por C (mayúscula), se ex- presa mediante la formula: C = Q/ΔT

Como factor de conversión, 1 cal = 4.187 J.

Exposición de resultados Procedimiento:

1. Tu docente te indicará la dinámica para dar a conocer los resul- tados de tus experimentos de la semana.

2. Explícalos y, mientras lo haces, intenta dar una respuesta coherente a las siguientes preguntas. Puedes dejar registro en tu cuaderno de trabajo.

Experimento B: calor absorbido por distintas masas

a. ¿Qué cantidad de agua alcanzó más rápido los 50 °C?

b. Para 15 minutos, ¿cómo resultó la variación de temperatura respecto a la cantidad de agua?

c. ¿Qué deberíamos hacer para que ambas cantidades de agua lleguen a 50 °C al mismo tiempo?

d. ¿Cómo es la relación entre calor y masa?

Experimento C: calor absorbido por distintas masas

a. ¿Cuál globo necesita mayor cantidad de calor para explotar, el globo con agua o el globo con aire?

b. ¿Por medio de qué mecanismo de transferencia de calor se transmite el calor de la vela al globo?

c. ¿Qué tendría que suceder para que el globo con agua llegue a explotar?

d. ¿Qué podrías decir sobre la capacidad calorífica y calor es- pecífico del agua y del aire?

distintas y se quiere aumentar su temperatura en un grado, la sus- tancia que tenga mayor calor específico necesitara más calor. El calor específico es denotado por ce y queda definido mediante la ecuación:

C_e = Q / mΔT

Hay una relación entre capacidad calorífica y calor específico:

C_e = C / m

Finalmente, tenemos una fórmula que relaciona el calor que recibe o cede una sustancia:

Q = CΔT = mc_eΔT

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CAPACIDAD CALORÍFICA Y CALOR ESPECÍFICO

La madera tiene calor específico alto. Un pichel de leche tiene mayor

capacidad calo- rífica que un vaso de leche. La leche tiene calor especí-

fico bajo.

¡Ahora lo entiendo!

Los términos científicos que usamos como «calor»,

«capacidad calorífica» y

«calor latente»

surgieron de la idea errónea

de que los objetos calientes contienen «algún

material» que depende de su

temperatura.