Energía Calórica (Ejercicios Resueltos)

La Energía Calórica es la manifestación de la energía en forma de calor. El calor es una forma de energía que se encuentra en constante tránsito. Lo que significa que si un cuerpo está a un determinado nivel calórico, el calor se transmite al medio ambiente. La manifestación de calor se lleva a cabo de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor temperatura, hasta que ambos adquieren casi la misma temperatura.

Unidades de energía calórica

Caloría. Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14,5 ºC a 15,5 ºC. Sin embargo, esta definición no tiene cabida en el Sistema Internacional de Medidas (SI), ya que no refleja la capacidad para realizar un trabajo, tal como fue definida la energía.

Joule. Se define como la energía necesaria para ejercer una fuerza de 1 Newton en la distancia de 1 metro.

Relación entre las unidades de medidas

1 Joule = 1 Newton x 1 metro

1 Joule = Kg.m².s²

1 caloría = 4,184 Joules

Pero en el sistema cgs, la unidad es el Ergio:

1 Joule = 10⁷ ergios

Ergio = g.cm².s²

Otras relaciones:

1 kilocaloria = 1000 calorias

1 kilojoule = 1000 joule

Tipos de calores

Calor sensible. Energía en forma de calor suministrada o extraída para que el material cambie su temperatura.

Calor latente. Energía en forma de calor suministrada o extraída para que el material cambie de estado a temperatura constante.

Calor específico. Se define como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 gramo de una sustancia, 1ºC.

El calor específico del agua es 4180 J/kg.ºC, esto quiere decir que si tengo 1kg de agua y se quiere aumentar su temperatura 1º, se necesita suministrar 4180 joule de fuerza.

Matemáticamente, la energía calórica se expresa de la siguiente manera:

Q= m.Ce.Δt

Δt = T2 –T1

Donde:

Q = cantidad de calor

m= masa

Ce = calor especifico

Δt = variación de temperatura

T2 = temperatura final

T1 = temperatura inicial

Cuando Q es positivo estamos en presencia de energía absorbida, sin embargo cuando Q es negativo, la energía es desprendida o cedida.

Tabla de calores específico del agua

Ejercicios resueltos

1- Determine la cantidad de energía calórica necesaria para calentar 55 gramos de hierro desde 40 ºC a 94 ºC. Ce del hierro: 0,45 J/g.ºC. Exprese el resultado en calorías.

Datos.

Q= ?

m= 55 gramos

T1 = 40 ºC

T2 = 94 ºC

Ce hierro= 0,45 J/g.ºC.

Como hay cambio de temperatura y no hay cambio de estado, estamos en presencia de un calor sensible. Por lo tanto, se debe utilizar la siguiente fórmula:

Q = m.Ce.Δt

Δt = T2 – T1

Δt = 94 ºC – 40 ºC

Δt = 54 ºC

Q = 55 g x 0,45 J/g.ºC x 54 ºC

Q = 1336,5 Joule

Ahora transformamos de joule a calorías.

1 caloría ———– 4,184 joule

X ——————- 1336, 5 joule

X = 319,43 calorías

2- ¿Qué cantidad de energía calórica es necesaria para evaporar 60 gramos de agua a la temperatura de 100 ºC, si el calor de vaporización es de 540 cal/g? Exprese el resultado en joule.

Datos.

Q = ?

m= 60 g

T = 100 ºC

Q vaporización = 540 cal/g

En este caso, hay cambio de estado a temperatura constante, por lo tanto estamos en presencia de un calor latente.

Para el cálculo de la cantidad de energía, procedemos de la siguiente manera:

1 gramo de agua —————- 540 calorías

60 gramos ———————— X

X = 32400 calorías

Ahora pasamos las calorías a joule:

1 caloría ———– 4,184 joule

32400 calorías ——— X

X= 135561,6 joule

3- ¿Cuál será la temperatura final de 270 gramos de agua que se hallaba a 80 ºC, y cedió 730 calorías para calentar otro material? Ce agua = 1 cal/g.ºC

Como nos indican que hay desprendimiento de energía, Q ha de ser negativo.

Datos.

T final= ?

m= 270 gramos

T inicial = 80ºC

Q = -730 calorias

Ce agua = 1 cal/g.ºC

Q = m.Ce.Δt

Δt = – Q

         m.Ce

Δt = – 730 cal

                                                                            270 g x 1 cal/g.ºC

Δt = – 2,70 ºC

Δt = T2 – T1

T2 = Δt + T1

T2 =  – 2,70 ºC + 80 ºC

T2 = 77, 3 ºC