CALOR
QUE ES ENERGÍA?
El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de
mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo
que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la
primera, siempre que el volumen de los cuerpos se
mantenga constante.
La energía no fluye desde un objeto de
temperatura baja a un objeto de temperatura
alta si no se realiza trabajo.
Elaboró: Yovany Londoño
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06/08/2011
**Es una forma de energía asociada al movimiento
de los átomos, moléculas y otras partículas que
forman la materia.**
El calor puede ser generado por reacciones:
Químicas (como en la combustión)
Nucleares (como en la fusión nuclear de los
átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior
del Sol)
Disipación electromagnética (como en los hornos
de microondas)
Disipación mecánica (fricción).
Su concepto está ligado al Principio Cero de la
Termodinámica, según el cual dos cuerpos en
contacto intercambian energía hasta que su
temperatura se equilibre.
Elaboró: Yovany Londoño
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ESCALAS DE TEMPERATURA
En la actualidad se emplean diferentes
escalas de temperatura; entre ellas están
la escala Celsius —también conocida como
escala centígrada—, la escala Fahrenheit,
la escala Kelvin, la escala Rankine o la
escala termodinámica internacional. En la
escala Celsius, el punto de congelación del
agua equivale a 0 °C y su punto de
ebullición a 100 °C. Esta escala se utiliza
en todo el mundo, en particular en el
trabajo científico. La escala Fahrenheit se
emplea en los países anglosajones para
medidas no científicas y en ella el punto de
congelación del agua se define como 32 °F
y su punto de ebullición como 212 °F. En la
escala Kelvin, la escala termodinámica de
temperaturas más empleada.
Elaboró: Yovany Londoño
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ESCALAS
TERMOMÉTRICAS
CELSIUS
FAHRENHEIT
Elaboró: Yovany Londoño
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D
Elaboró: Yovany Londoño
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ESCALAS
KELVIN
TERMOMÉTRICAS
TK  TC  273
Elaboró: Yovany Londoño
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CELSIUS Y KELVIN
Elaboró: Yovany Londoño
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EJEMPLO DE CONVERSIÓN
ENTRE °C Y K
En el informe científico de 1911 se descubrió que la
resistencia eléctrica del mercurio desaparecía a 4K
(Fenómeno conocido como superconductividad).
¿Cuál es esta temperatura en °C?
• Como T = tc +273
• Sustituyendo valores:
• 4 = tc + 273. Entonces
• Tc =4-273. Por lo tanto
• Tc = -269 °C
Elaboró: Yovany Londoño
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Elaboró: Yovany Londoño
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A
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Elaboró: Yovany Londoño
11
E
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Elaboró: Yovany Londoño
12
B
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Elaboró: Yovany Londoño
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C
ESCALA FAHRENHEIT
Utilizada principalmente en los países de
habla inglesa
El punto de fusión del hielo se señala por 32
°F y el de ebullición por 212 °F
• 32 °F = 0 °C
• 212 °F = 100 °C
• (1 °F) = (5/9)(1 °C)
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Elaboró: Yovany Londoño
5
tC  t F  32 
9
14
Relación entre escala Celsius (tc) y escala
Fahrenheit (tF)
EJEMPLO DE
CONVERSIÓN ENTRE °C
Y°F
El reporte del clima de Nueva York reporta
un día caluroso indicando una temperatura
de 104 °F. Indique a cuantos °C equivale
esta temperatura.
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Elaboró: Yovany Londoño
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• Como tc=(5/9)(tF-32)
• Sustituyendo valores encontramos:
• tc=(5/9)(104-32) = (5/9)(72) = 40
• Por lo tanto:
• tc= 40 °C
UNIDADES DE CALOR
En las ciencias físicas, la cantidad de calor se
expresa en las mismas unidades que la energía
y el trabajo, es decir, en Jules. Otra unidad es
la caloría, definida como la cantidad de calor
necesaria para elevar la temperatura de 1
gramo de agua a 1 atmósfera de presión.
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Elaboró: Yovany Londoño
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La energía mecánica puede convertirse en
calor a través del rozamiento, y el trabajo
mecánico necesario para producir 1 caloría se
conoce como equivalente mecánico del calor.
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Elaboró: Yovany Londoño
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D
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Elaboró: Yovany Londoño
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D
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Elaboró: Yovany Londoño
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A
TRANSFERENCIA
DE CALOR
Es el proceso por el que se intercambia energía en forma de
calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes
de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
El calor se transfiere mediante:
1)Convección (líquido o gas)
2)Radiación
(ondas electromagnéticas)
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Elaboró: Yovany Londoño
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3)Conducción (en los sólidos)
TRANSMISIÓN DEL CALOR
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Elaboró: Yovany Londoño
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Conducción: Es el proceso
de transferencia de energía
entre dos cuerpos. Los de
mayor temperatura
transfieren energía a los de
menor temperatura, hasta
que sus temperaturas se
equilibran. Esta forma de
propagación del calor ocurre
en las sustancias sólidas.
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Elaboró: Yovany Londoño
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CONDUCCIÓN
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Material
Acero
λ
47-58
Agua
0,58
Estaño
64,0
Mica
0,35
Aire
0,02
Fibra de vidrio
0,03-0,07
Níquel
52,3
Alcohol
0,16
Glicerina
0,29
Oro
308,2
Alpaca
29,1
Hierro
1,7
Parafina
0,21
Aluminio
209,3
Ladrillo
0,80
Plata
406,1-418,7
Amianto
0,04
Plomo
35,0
Bronce
116-186
Latón
81-116
Vidrio
0,6-1,0
Cinc
106-140
Litio
301,2
Cobre
372,1-385,2
Madera
0,13
Material
Corcho
Ladrillo refractario 0,47-1,05
Elaboró: Yovany Londoño
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λ
Material
0,04-0,30 Mercurio
Mercurio
23
λ
83,7
TRANSMISIÓN DEL CALOR
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Elaboró: Yovany Londoño
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Convección:
Corresponde a la
transmisión del calor en
los líquidos y gases por
el movimiento de sus
moléculas, en forma de
corrientes cálidas
ascendentes y frías
descendentes.
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Elaboró: Yovany Londoño
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CONVENCIÓN
Elaboró: Yovany Londoño
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TRANSMISIÓN DEL CALOR
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Elaboró: Yovany Londoño
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Radiación: El calor puede
transmitirse a grandes
distancias sin calentar en
forma apreciable el espacio
intermedio. Se produce
mediante ondas calóricas
semejantes a las de radio o
electromagnéticas.
RADIACIÓN
Propagación de energía
en forma de ondas
electromagnéticas o
partículas subatómicas a
través del vacío o de un
medio material.
Elaboró: Yovany Londoño
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RADIACIÓN TÉRMICA
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Elaboró: Yovany Londoño
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La radiación térmica es el proceso por
el cual se transmite a través de ondas
electromagnéticas.
Implica
doble
transformación de la energía para
llegar al cuerpo al que se va a
propagar: primero de energía térmica
a radiante y luego viceversa. Ej: La
energía solar.
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Elaboró: Yovany Londoño
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EL CALOR LLEGA DESDE EL SOL HASTA LA PLACA
METÁLICA POR RADIACIÓN. EL METAL DE LA
PLACA EMITE RADIACIÓN EN EL INFRARROJO
Elaboró: Yovany Londoño
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Elaboró: Yovany Londoño
32
DILATACIÓN DE LOS
CUERPOS
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Elaboró: Yovany Londoño
33
CONSECUENCIAS
DILATACIÓN LINEAL
En el caso de los cuerpos cuya principal
dimensión es la longitud, al aumentar su
temperatura, aumenta principalmente su longitud.
De ahí entonces que hablemos de dilatación
lineal.
l0
l
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Elaboró: Yovany Londoño
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l  l0    T
DILATACIÓN SUPERFICIAL
Como en el caso anterior, la dilatación que experimenta cuya
principal dimensión es su superficie, como en el caso de una
lámina metálica.
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Elaboró: Yovany Londoño
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A  A0    T
DILATACIÓN VOLUMÉTRICA
La variación del volumen de un cuerpo que
absorbe calor y aumenta su temperatura desde un
valor hasta una temperatura final . Como enT0el
caso de un cubo de metal, suT dilatación volumétrica
es:
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Elaboró: Yovany Londoño
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V  V0    T
DILATACIÓN YCONTRACCIÓN
Al aumentar la temperatura de una sustancia,
aumenta la energía cinética de las moléculas que
la forman, provocando un aumento de su
volumen (dilatación); en caso contrario, si
disminuye la temperatura, se produce una
disminución de su volumen (contracción).
L  L0  T
A  A 0 (2   )T
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Elaboró: Yovany Londoño
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V  V0 (3   )  T
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Elaboró: Yovany Londoño
38
¿QUÉ LE SUCEDE AL ORIFICIO DE UN
ARO
AL
AUMENTAR
LA
TEMPERATURA?
EJEMPLOS
Una placa de zinc de forma rectangular, tiene 60cm de
longitud y 40 cm de anchura, a la temperatura de 20°C.
Suponiendo que la placa fuese calentada hasta 120 °C y
zinc=2.6x10-5 °C-1, calcule:
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Elaboró: Yovany Londoño
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• El aumento en longitud de la placa.
• L=L0t, entonces L=(2.6x10-5 °C-1)(0.6m)(12020°C)=(1.56x10-5)(100)
• L=1.56x10-3m= 1.56mm
• El aumento en la anchura de la placa
• De igual forma L=(2.6x10-5 °C-1)(0.4m)(12020°C)=(1.04x10-5)(100)
• L=1.04x10-3m= 1.04mm
DILATACIÓN DE LOS LÍQUIDOS
Los líquidos se dilatan siguiendo las mismas leyes que para los
sólidos
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Elaboró: Yovany Londoño
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Lo que interesa en los líquidos es su dilatación volumétrica  (°C-1)
EJEMPLO
Un frasco de vidrio, cuyo volumen es de exactamente 1000 cm3 a 0 °C,
está completamente lleno de mercurio a tal temperatura. Cuando el
conjunto se calienta hasta 100 °C, se derraman 15.0cm3 de mercurio.
• ¿Cuál fue la dilatación real del mercurio?
• Como V = V0t y Hg= 1.82x10-4°C-1, entonces:
• VHg = (1.82x10-4°C-1)(1000cm3)(100 °C) = (1.82x10-4)(1x105)= 1.82x10
• VHg = 18.2 cm3
• ¿Cuál fue la dilatación real del frasco?
• La dilatación aparente del mercurio está dada por la cantidad que se derramó,
i.e., 15cm3. Como la dilatación real fue de 18.2cm3, es obvio que la dilatación del
frasco fue
• Vfrasco = 18.2-15.0 , por lo tanto: Vfrasco = 3.2 cm3
• ¿Cuál es el valor del coeficiente de dilatación lineal del vidrio del cual
está hecho el frasco?
V
 frasco 
• Y sustituyendo valores tenemos: frasco = (3.2cm3)/(1000cm3)(100°C)
• frasco = (3.2cm3)/(1x105°C.cm3), por lo tanto
• frasco = 3.2x10-5°C-1
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Elaboró: Yovany Londoño
frasco
V0, frasco t
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• Como V = V0t, si despejamos , entonces obtenemos:
Elaboró: Yovany Londoño
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06/08/2011
Elaboró: Yovany Londoño
43
C
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Elaboró: Yovany Londoño
44
D
EL AGUA: UNA EXCEPCIÓN
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Elaboró: Yovany Londoño
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El agua sufre un
comportamiento
contrario respecto de
su dilatación en el
rango de temperaturas
de 0ºC a 4ºC. El agua
se contrae cuando la
temperatura sube en
este tramo y se dilata
si la temperatura
disminuye en este
tramo.
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Elaboró: Yovany Londoño
46
E
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Elaboró: Yovany Londoño
47
B
SÍNTESIS DE LA CLASE
Puede provocar
una variación de
Temperatura
Calor
Se mide con
Termómetros
Se transmite por
Utilizan escalas
Kelvin
Celcius
Conducción
Convección
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Elaboró: Yovany Londoño
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Radiación
MEDICIÓN DE LA
TEMPERATURA
Los cambios de temperatura se miden a partir de los cambios en
las otras propiedades de una sustancia, como ser: -termómetro
-calorímetro
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Elaboró: Yovany Londoño
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**Termógrafo: instrumento que registra en forma continua la
temperatura**
Termómetro de mercurio para
medir
temperaturas en el rango que se
encuentran comúnmente en la
atmósfera.
Termómetro de máxima Los
termómetros
que miden la temperatura del cuerpo
son de máxima.
medir la mínima
diaria. Como los termómetros de
alcohol.
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Elaboró: Yovany Londoño
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Termómetro de mínima para
CALORIMETRÍA.
Ciencia que mide la cantidad de energía generada en
procesos de intercambio de calor.
El calorímetro es el instrumento que mide dicha energía.
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Elaboró: Yovany Londoño
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**Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor
es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía
térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén
a diferente temperatura**
CONCEPTO DE CALOR
El calor se define como un tipo de energía,
denominada “Energía Calórica”
Ahora, supongamos que tenemos 2 cuerpos A y B
a diferente temperatura con
TA  TB
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Elaboró: Yovany Londoño
52
De acuerdo con esto, la energía cinética promedio
de sus respectivas partículas es diferente.
Si
ponemos
estos
2
cuerpos en contacto, en un
ambiente aislado, al cabo
de cierto tiempo ambos
cuerpos habrán igualado
sus temperaturas.
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Elaboró: Yovany Londoño
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Cuando
esto
ocurre,
decimos que los cuerpos
se encuentran en equilibrio
térmico.
¿QUÉ OCURRE ENTRE AMBOS CUERPOS
PARA QUE IGUALEN SUS TEMPERATURAS?
Cuando ambos cuerpos igualan sus temperaturas,
igualan la energía cinética promedio de sus partículas,
es decir intercambian energía.
El cuerpo que se encuentra a mayor temperatura,
transfiere energía al cuerpo más “frío”. Hasta que
ambos lleguen al equilibrio térmico.
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Elaboró: Yovany Londoño
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Cuando un cuerpo “absorbe calor”, aumenta su
energía térmica y por consiguiente, su temperatura.
Cuando entrega o “cede calor”, la disminuye.
Es una magnitud que nos permite estimar la cantidad
de calor que absorbe una porción de una sustancia,
cuando experimenta un aumento de su temperatura.
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Elaboró: Yovany Londoño
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Supongamos que tenemos una sustancia de masa
“m”. Si este cuerpo es puesto sobre una fuente de
calor, absorberá cierta cantidad de calor Q,
aumentando su temperatura desde un valor inicial
hasta una valor final
De forma experimental, se verifica que esta
variación de temperatura es proporcional a la
cantidad de calor absorbida, e inversamente
proporcional a su masa. O sea:
Q
 c  T
m
T  T f  Ti : Variación de Temperatura
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Elaboró: Yovany Londoño
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Q: Cantidad de Calor cedido
m : Masa del cuerpo
c : Constante de Proporcionalidad
De acuerdo con lo anterior, nuestra constante de
proporcionalidad, la podemos expresar como:
Q
c
m  T
Esta constante, se le denomina “calor específico” y
es una constante que depende de la naturaleza de
cada sustancia.
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Elaboró: Yovany Londoño
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Corresponde a la cantidad de calor que se debe
entregar a una unidad de masa de cierta sustancia,
para que aumente su temperatura en 1°C.
A partir de la relación anterior, podemos decir que el
calor absorbido, está definido por:
Q  m  c  T
Con esta relación, podemos hacer las siguientes
observaciones:
Si T  0 el cuerpo aumenta su temperatura, entonces absorbe calor Q  0
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Elaboró: Yovany Londoño
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Si T  0 el cuerpo disminuye su temperatura, entonces cede calor Q  0
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Elaboró: Yovany Londoño
Sustancia
c cal g C 
c  J kg C 
Agua
1
4180
Aluminio
0,212
886
Cobre
0,094
393
Hierro
0,115
481
Mercurio
0,033
138
Plata
0,056
234
Estaño
0,055
230
Cinc
0,094
393
Vidrio
0,199
832
Latón
0,094
393
Plomo
0,031
130
Hielo
0,550
2299
59
ALGUNOS VALORES DE CALOR
ESPECÍFICO
CALOR LATENTE
sustancia
Tf [°C]
Lf [cal/g]
Te [°C]
Le [cal/g]
H20
0,00
79,71
100,00
539,60
O2
-219,00
3,30
-182,90
50,90
Hg
-39,00
2,82
357,00
65,00
Cu
1083,00
42,00
2566,90
Elaboró: Yovany Londoño
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60
Elaboró: Yovany Londoño
61
06/08/2011
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Elaboró: Yovany Londoño
62
El tipo de calorímetro de uso
más extendido consiste en un
envase cerrado y
perfectamente aislado con
agua, un dispositivo para
agitar y un termómetro. Se
coloca una fuente de calor
en el calorímetro, se agita el
agua hasta lograr el
equilibrio, y el aumento de
temperatura se comprueba
con el termómetro. Si se
conoce la capacidad
calorífica del calorímetro
la cantidad de energía
liberada puede calcularse
fácilmente.
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Calor