Ejemplo, cálculos de cantidad de calor con calorímetro de masas
Problema n° 1 de calorimetría
Enunciado del ejercicio n° 1
Calcular el calor específico del mercurio si se introducen 0,2 kg del mismo a 59 °C en un calorímetro con 0,37 kg de agua a 24 °C y la temperatura de equilibrio térmico es de 24,7 °C.
Desarrollo
Datos:
m1 = 0,2 kg (mercurio)
m2 = 0,37 kg (agua)
ti1 = 59 °C (mercurio)
ti2 = 24 °C (agua)
tf1 = tf2 = tf = 24,7 °C
ce2 = 1 kcal/kg·°C (agua)
Fórmulas:
Q = m·ce·(tf - ti)
∑Q = 0 (condición de equilibrio térmico)
Solución
El proceso ocurre en un calorímetro por lo tanto "no hay intercambio de calor con el medio" Expresamos la condición de equilibrio con las 2 ecuaciones de cantidad de calor y con los signos correspondientes:
∑Q = 0
∑Q = m1·ce1·(tf1 - ti1) + m2·ce2·(tf2 - ti2) = 0
∑Q = m1·ce1·(tf - ti1) + m2·ce2·(tf - ti2) = 0
m1·ce1·(tf - ti1) + m2·ce2·(tf - ti2) = 0
A continuación despejamos el calor específico (ce2):
m1·ce1·(tf - ti1) = -m2·ce2·(tf - ti2)
| ce1 = | -m2·ce2·(tf - ti2) |
| m1·(tf - ti1) |
| ce1 = | -0,37 kg·1 kcal/kg·°C·(24,7 °C - 24 °C) |
| 0,2 kg·(24,7 °C - 59 °C) |
Sabiendo que la temperatura final del mercurio es inferior a su temperatura inicial:
| ce1 = | -0,37·1 kcal/kg·°C·(24,7 °C - 24 °C) |
| 0,2·(59 °C - 24,7 °C) |
Este cambio de signo explica la dirección de la transferencia de calor del cuerpo con más energía al cuerpo con menos energía.
Resolvemos:
| ce1 = | 0,37 kcal/kg·°C·0,7 °C |
| 0,2·34,3 °C |
| ce1 = | 0,259 kcal/kg·°C |
| 6,86 |
Resultado, el calor específico del mercurio es:
ce2 = 0,0378 kcal/kg·°C
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Autor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
San Martín. Buenos Aires. Argentina.
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