Calor específico

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<p>Calor especficoDe Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a: navegacin, bsqueda El calor especfico es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor especfico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se le representa con la letra (minscula). De forma anloga, se define la capacidad calorfica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra (mayscula). Por lo tanto, el calor especfico es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto es donde es la masa de la sustancia.1</p> <p>Contenido[ocultar]</p> <p>1 Introduccin o 1.1 Ecuaciones bsicas o 1.2 Cantidad de sustancia o 1.3 Conceptos relacionados 2 Unidades o 2.1 Unidades de calor o 2.2 Unidades de calor especfico 3 Factores que afectan el calor especfico o 3.1 Grados de libertad o 3.2 Masa molar o 3.3 Enlaces puente de hidrgeno o 3.4 Impurezas 4 Tabla de calores especficos 5 Materiales de construccin 6 Vase tambin 7 Referencias 8 Bibliografa 9 Enlaces externos</p> <p>[editar] Introduccin</p> <p>El calor especfico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorfica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular.3 (Ver tabla en: Calor especfico y capacidad calorfica de algunos materiales.) Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.nota 1 El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsico Joseph Black, quien realiz variadas medidas calorimtricas y us la frase capacidad para el calor.4 En esa poca la mecnica y la termodinmica se consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra ser transferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser reemplazado.5</p> <p>[editar] Ecuaciones bsicasEl calor especfico medio ( ) correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas define en la forma: se</p> <p>donde es la transferencia de energa en forma calorfica en el entre el sistema y su entorno u otro sistema, es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor especfico molar) y es el incremento de temperatura que experimenta el sistema. El calor especfico ( ) correspondiente a una temperatura dada se define como:</p> <p>El calor especfico ( ) es una funcin de la temperatura del sistema; esto es, . Esta funcin es creciente para la mayora de las sustancias (excepto para los gases monoatmicos y diatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y slo estn accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la funcin , la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial a la final se calcula mediante la integral siguiente:</p> <p>En un intervalo donde la capacidad calorfica sea aproximadamente constante la frmula anterior puede escribirse simplemente como:</p> <p>[editar] Cantidad de sustanciaCuando se mide el calor especfico en ciencia e ingeniera, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, ya sea en gramos o en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en qumica, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor especfico, el cual es un cierto nmero de molculas o tomos de la sustancia.6 Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el trmino calor especfico molar se puede usar para referirse de manera explcita a la medida; o bien usar el trmino calor especfico msico, para indicar que se usa una unidad de masa.</p> <p>[editar] Conceptos relacionadosHay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor especfico y stas se denotan con sufijos en la letra . El calor especfico de los gases normalmente se mide bajo condiciones de presin constante (Smbolo: ). Las mediciones a presin constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante ( ), debido a que en el primer caso se realiza un trabajo de expansin. El cociente entre los calores especficos a presin constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinmico se denomina coeficiente adiabtico y se designa mediante la letra griega (gamma).7 Este parmetro aparece en frmulas fsicas, como por ejemplo la de la velocidad del sonido en un gas ideal. El calor especfico de las sustancias distintas de los gases monoatmicos no est dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura.nota 2 Por lo tanto, debe especificarse con precisin la temperatura a la cual se hace la medicin. As, por ejemplo, el calor especfico del agua exhibe un valor mnimo de 0,99795 cal/(gK) para la temperatura de 34,5 C, en tanto que vale 1,00738 cal/(gK) a 0 C. Por consiguiente, el calor especfico del agua vara menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(gK) a 15 C, por lo que a menudo se le considera como constante. La presin a la que se mide el calor especfico es especialmente importante para gases y lquidos.</p> <p>[editar] Unidades[editar] Unidades de calorLa unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La calora (cal) tambin se usa frecuentemente en las aplicaciones cientficas y tecnolgicas. La calora se define como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 C la temperatura de un</p> <p>gramo de agua destilada, en el intervalo de 14,5 C a 15,5 C.8 Es decir, tiene una definicin basada en el calor especfico.</p> <p>[editar] Unidades de calor especficoEn el Sistema Internacional de Unidades, el calor especfico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (Jkg-1K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la calora por gramo y por kelvin (calg-1K-1). As, el calor especfico del agua es aproximadamente 1 cal/(gK) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presin atmosfrica; y exactamente 1 calg-1K-1 en el intervalo de 14,5 C a 15,5 C (por la definicin de la unidad calora). En los Estados Unidos, y en otros pocos pases donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajn de Unidades, en aplicaciones no cientficas, el calor especfico se suele medir en BTU (unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de temperatura). La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosfricas normales.9</p> <p>[editar] Factores que afectan el calor especfico</p> <p>Las molculas tienen una estructura interna porque estn compuestas de tomos que tienen diferentes formas de moverse en las molculas. La energa cintica almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor especfico.</p> <p>[editar] Grados de libertadEl comportamiento termodinmico de las molculas de los gases monoatmicos, como el helio y de los gases biatmicos, el hidrgeno es muy diferente. En los gases monoatmicos,</p> <p>la energa interna corresponde nicamente a movimientos de traslacin. Los movimientos traslacionales son movimientos de cuerpo completo en un espacio tridimensional en el que las partculas se mueven e intercambian energa en colisiones en forma similar a como lo haran pelotas de goma encerradas en un recipiente que se agitaran con fuerza. (vea la animacin aqu). Estos movimientos simples en los ejes dimensionales X, Y, y Z implican que los gases monoatmicos slo tienen tres grados de libertad traslacionales. Las molculas con mayor atomicidad, en cambio tienen varios grados de libertad internos, rotacionales y vibracionales, adicionales ya que son objetos complejos. SE comportan como una poblacin de tomos que pueden moverse dentro de una molcula de distintas formas (ver la animacin a la derecha). La energa interna se almacena en estos movimientos internos. Por ejemplo, el Nitrgeno, que es una molcula diatmica, tiene cinco grados de libertad disponibles: los tres traslacionales ms dos rotacionales de libertad interna. Cabe destacar que la capacidad calorfica molar a volumen constante de los gases monoatmicos es , siendo R la Constante Universal de los gases ideales, mientras que para el Nitrgeno (biatmico) vale , lo cual muestra claramente la relacin entre los grados de libertad y el calor especfico.</p> <p>[editar] Masa molarArtculo principal: Masa molar.</p> <p>Una de las razones por las que el calor especfico adopta diferentes valores para diferentes sustancias es la diferencia en masas molares, que es la masa de un mol de cualquier elemento, la cual es directamente proporcional a la masa molecular del elemento, suma de los valores de las masas atmicas de la molcula en cuestin. La energa calorfica se almacena gracias a la existencia de tomos o molculas vibrando. Si una sustancia tiene una masa molar ms ligera, entonces cada gramo de ella tiene ms tomos o molculas disponibles para almacenar energa. Es esta la razn por la que el hidrgeno, la sustancia con la menor masa molar, tiene un calor especfico tan elevado; porque un gramo de esta sustancia contiene una cantidad muy grande de molculas. Una consecuencia de este fenmeno es que, cuando se mide el calor especfico en trminos molares la diferencia entre sustancias se hace menos acusada, y el calor especfico del hidrgeno deja de ser atpico. Del mismo modo, las sustancias moleculares (que tambin absorben calor en sus grados internos de libertad), pueden almacenar grandes cantidades de energa por mol si se trata de molculas grandes y complejas, y en consecuencia su calor especfico medido en trminos msicos es menos notable. Ya que la densidad media de un elemento qumico est fuertemente relacionada con su masa molar, en trminos generales existe una fuerte correlacin inversa entre la densidad del slido y su cp (calor especfico a presin constante medido en trminos msicos). Grandes lingotes de slidos de baja densidad tienden a absorber ms calor que un lingote pequeo de un slido de la misma masa pero de mayor densidad ya que el primero por lo general contiene ms tomos. En consecuencia, en trminos generales, hay una correlacin</p> <p>cercana entre el volumen de un elemento slido y su capacidad calorfica total. Sin embargo, hay muchas desviaciones de esta correlacin general.</p> <p>[editar] Enlaces puente de hidrgenoArtculo principal: Enlace por puente de hidrgeno.</p> <p>Las molculas que contienen enlaces polares de hidrgeno tienen la capacidad de almacenar energa calorfica en stos enlaces, conocidos como puentes de hidrgeno.</p> <p>[editar] ImpurezasEn el caso de las aleaciones, hay ciertas condiciones en las cuales pequeas impurezas pueden alterar en gran medida el calor especfico medido. Las aleaciones pueden mostrar una marcada diferencia en su comportamiento incluso si la impureza en cuestin es uno de los elementos que forman la aleacin; por ejemplo, las impurezas en aleaciones semiconductoras ferromagnticas pueden llevar a mediciones muy diferentes, tal como predijeron por primera vez White y Hogan.10</p> <p>[editar] Tabla de calores especficosSustancia Gas monoatmico (Ideal) Helio Argn Fase cp cp cv (msico) (molar) (molar) kJkg1C1 Jmol1K1 Jmol1K1 R = 20,8 5,1932 0,5203 20,8 20,8 R = 29.1 14,30 1,040 0,918 1,012 0,897 4,700 0,207 0,328 1,82 28,82 29,12 29,4 29,19 24,2 80,08 25,2 24,6 16,4 2,422 3,263 1,386 1,878 3,367 R = 12,5 12,5 12,5 R = 20.8 20.4 20,8 21,1 Capacidad calorfica volumtrica J cm-3 K-1</p> <p>gas gas gas</p> <p>Gas diatmico (Ideal) gas Hidrgeno Nitrgeno Oxgeno gas gas gas</p> <p>Aire (en condiciones tpicas de gas habitacinnota 3 ) Aluminio Amonaco Antimonio Arsnico Berilio slido lquido slido slido slido</p> <p>Sustancia Carbono (diamante) Carbono (grafito) Cobre Diamante Etanol Gasolina Oro Plata Grafito Hierro Nquel Plomo Wolframio Titanio Litio Magnesio Mercurio Nen cera de parafina Slice (fundido) Uranio Agua Agua Agua Almina Al2O3 MgO SiC Nylon 66 Fenlicos</p> <p>Fase slido slido slido slido lquido lquido slido slido slido slido slido slido slido slido slido slido lquido gas slido slido slido gas (100 C) lquido (25 C) slido (0 C) slido slido slido slido slido</p> <p>cp cp cv (msico) (molar) (molar) kJkg1C1 Jmol1K1 Jmol1K1 0,519 0,711 0,385 0,5091 2,44 2,22 0,1291 0,237 0,710 0,450 0,444 0,129 0,133 0,523 3,58 1,02 0,1395 1,0301 2,5 0,703 0,116 2,080 4,1813 2,114 0,160 0,457 0,344 1,20-2,09 1,40-1,67 24,8 24,9 27,98 20,7862 900 42,2 27,7 37,47 75,327 38,09 28,03 74,53 12,4717 26,4 8,53 25,1 24,47 6,115 112 228 25,42</p> <p>Capacidad calorfica volumtrica J cm-3 K-1</p> <p>3,45 1,782 1,925 2,492 1,534 3,537 1,44</p> <p>1,912 1,773 1,888 2,325 1,547 2,216</p> <p>4,184 1,938</p> <p>Sustancia Polietileno (AD) Polipropileno Politetrafluoretileno</p> <p>Fase slido slido slido</p> <p>cp cp cv (msico) (molar) (molar) kJkg1C1 Jmol1K1 Jmol1K1 1,92-2,30 1,880 1,050</p> <p>Capacidad calorfica volumtrica J cm-3 K-1</p> <p>Todas las medidas son a 25 C a menos que se indique lo contrario, Los mnimos y mximos notables se muestran en negrita.1. Divida el calor especfico msico del Magnesio entre 8 y comprobar que es muy cercano a ocho veces el del Plomo. El calor especifico del agua es igual a 0,99795 cal/(gK. 2. Puede notar que el calor especfico (molar) de los gases monoatmicos se comporta de acuerdo a ciertas constantes, mientras que los valores predichos para otros gases no se ajustan con la misma precisin. 3. Suponiendo una altitud de 194 metros (el promedio de la poblacin mundial), una temperatura de 23 C, un 40,85% de humedad y 760 mmHg de presin.</p> <p>[editar] Materiales de construccinEstos datos son de utilidad al calcular los efectos del calor sobre los materiales que formen un edificio: Sustancia Estado de agregacin J g K1 0,92 0,84 0,88 0,84 0,67 0,503 0,876 0,790 1,09 0,880 0,835 0,80 0,48 cp 1</p> <p>Asfalto slido Ladrillo slido Hormign slido Vidrio, slice slido Vidrio, crown slido Vidrio, flint slido Vidrio, pyrex slido Granito slido Yeso slido Mrmol, mica slido Arena slido Suelo slido Madera slido</p> <p>[editar] Vase tambin</p> <p>Capacidad calorfica Calor latente Almacenamiento de calor Propiedades fsicas de los cuerpos</p> <p>Capacidad calorficaDe Wikipedia, la enciclopedia libre Saltar a: navegacin, bsqueda La capacidad calorfica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energa calorfica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energa necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).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 trmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud de...</p>

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