FLUIDOS Y TERMODINAMICA

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Capítulo 17

Cantidad de calor

Calcularemos el calor ganado por el agua y el aluminio por separado. 0 ilgua = me At = (150 g)(l cal/g ■°C)(22°C - 18°C) = (150 g)[l

cal/(g- °C)](4 C°)= 600 cal

QA] = me \ t = (60 g)[0.22 cal/(g • °C)](22°C -

18°C)

= (60 g)(0.22 cal/g • °C)(4°C) = 52.8 cal Ahora, el calor total ganado es la suma de estos valores. Calor ganado = 600 cal + 52.8 cal = 652.8 cal Esta cantidad debe ser igual que el calor perdido por el hierro: Calor perdido = QFe = mcFe At = (80 g)cFe(95°C — 22°C) Al establecer que el calor perdido es igual que el calor ganado nos queda (80 g)cFe(73°C) = 652.8 cal Despejando cFe, obtenemos 652.8 cal cFe = ------------------= 0.11 ca /(g • °C) Fe (80 g)(73 C) '

En este experimento el calor ganado por el termómetro no se considera por ser insigni­ ficante. En un experimento real, la porción del termómetro que queda dentro del calorímetro absorbería aproximadamente la misma cantidad de calor que 0.5 g de agua. Esta cantidad, llamada el equivalente del agua del termómetro, debe sumarse a la masa de agua en un ex­ perimento de precisión.

Cambio de fase Cuando una sustancia absorbe una cierta cantidad de calor, la rapidez de sus moléculas au­ menta y su temperatura se eleva. Dependiendo del calor específico de la sustancia, la ele­ vación de temperatura es directamente proporcional a la cantidad de calor suministrado e inversamente proporcional a la masa de la sustancia. Sin embargo, cuando un sólido se funde o cuando un líquido hierve ocurre algo curioso. En estos casos, la temperatura permanece constante hasta que todo el sólido se funde o hasta que todo el líquido hierve. Para comprender lo que le sucede a la energía aplicada, consideremos un modelo simple, como el que se ilustra en la Fig. 17.6. En las condiciones apropiadas de temperatura y presión, todas las sustancias pueden existir en tres fases, sólida, líquida o gaseosa. En la fase sólida, las moléculas se mantienen unidas en una estructura cristalina rígida, de tal modo que la sustan­ cia tiene una forma y volumen definidos. A medida que se suministra calor, las energías de las

Sólido

Líquido

Q-

G a s

o r* -

Q = mLf

Q = mLv

QQ q Q®Q>Qq ° Q ®0 o

.

í ^y Q

\

O -*-

Figura 17.6 Un modelo simplificado muestra las separaciones moleculares relativas en las fases sólida, líquida y gaseosa. Durante un cambio de fase, la temperatura permanece constante.


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