Calorimetría
Dos cuerpos a distinta temperatura en un recipiente aislado: hasta qué temperatura llegan y cuánto calor pasa de uno a otro.
Dentro del calorímetro
t = 0 sTemperaturas mientras se mezclan
El calor pasa del cuerpo caliente al frío hasta que los dos llegan a la misma temperatura (línea discontinua). Mientras el hielo se funde, su temperatura no sube.
Cuerpo 1
Cuerpo 2
El calor que cede el cuerpo caliente es igual al que absorbe el frío: m₁·c₁·(T₁ − T) = m₂·c₂·(T − T₂). Despejando, T = 23.58 °C. Sin pérdidas: el calorímetro no se calienta ni deja escapar calor.
Qué es y cómo se usa
Cuando se juntan dos cuerpos a distinta temperatura en un recipiente aislado (un calorímetro), el calor pasa del caliente al frío hasta que los dos tienen la misma temperatura, la de equilibrio. Si no se pierde calor, el que cede uno es igual al que absorbe el otro: Q_cedido = Q_absorbido.
Mientras un cuerpo solo se calienta o se enfría, Q = m·c·ΔT, donde c es el calor específico (4180 J/kg·K para el agua líquida, 450 para el hierro). Si cambia de estado, hace falta además el calor latente: fundir 1 kg de hielo a 0 °C cuesta 334 kJ, y durante la fusión la temperatura no cambia.
Elige la sustancia, la masa y la temperatura de cada cuerpo. El simulador calcula la temperatura de equilibrio teniendo en cuenta si el hielo se funde del todo o si queda una mezcla de hielo y agua a 0 °C.
Ejemplo resuelto
Echamos 500 g de hierro a 90 °C en 1 kg de agua a 20 °C. ¿Cuál es la temperatura final? (c_hierro = 450 J/kg·K, c_agua = 4180 J/kg·K)
- Calor cedido por el hierro: 0,5 · 450 · (90 − T).
- Calor absorbido por el agua: 1 · 4180 · (T − 20).
- Igualamos: 225·(90 − T) = 4180·(T − 20), así que 20 250 − 225·T = 4180·T − 83 600.
- 4405·T = 103 850 y T ≈ 23,58 °C.
T ≈ 23,6 °C: el agua apenas se calienta porque su calor específico es mucho mayor
Preguntas frecuentes
¿Qué es el calor específico?
Es el calor que hace falta para subir 1 °C un kilogramo de una sustancia. El agua tiene uno de los más altos (4180 J/kg·K): por eso tarda en calentarse y modera el clima de las costas. Los metales tienen calores específicos bajos y se calientan enseguida.
¿Por qué la temperatura no sube mientras se funde el hielo?
Porque todo el calor que recibe se gasta en romper la estructura del hielo, no en aumentar la agitación de las moléculas. Es el calor latente de fusión: 334 kJ por kilogramo. Hasta que no se funde todo, la mezcla se queda a 0 °C.
¿Cómo se plantea un problema con hielo?
Primero comprueba si el calor que puede ceder el agua al enfriarse hasta 0 °C basta para calentar el hielo hasta 0 °C y fundirlo entero. Si basta, la temperatura final es mayor que 0 °C y se plantea con el hielo ya fundido; si no, el equilibrio es 0 °C con parte del hielo sin fundir.
¿Qué es el equivalente en agua del calorímetro?
Un calorímetro real también se calienta. Su efecto se expresa como la masa de agua que absorbería el mismo calor. Aquí el calorímetro es ideal: no absorbe calor ni deja que se escape.
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