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11
Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calo r , y el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico .
Por ejemplo, si pone tienes un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecera un flujo de energía calorífica , pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualará (por obra de las transferencias de calor , en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzarán cuando ambas masas de agua estén a la misma temperatura.
La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo demasa (m) se encuentra con la fórmula
Donde:
Q es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.
m es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos
C e es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C
Δt es la variación de temperatura = T f − T 0 . Léase Temperatura final (T f ) menos Temperatura inicial (T 0 ) , y su fórmula es
Hasta aquí hemos hablado siempre de igualar temperaturas y ello nos lleva a concluir que a los cuerpos no se les puede asignar una cantidad de calor . Lo que realmente tiene sentido son los intercambios de calorque se deben a las diferencias de temperaturas que existen entre los cuerpos que están en contacto.
Ver: PSU: Física, Pregunta 14_2005(2)
A continuación, desarrollemos algunos ejercicios que nos ayudarán a comprender la materia expuesta:
Ejercicio 1)
¿Cuál será la temperatura de una mezcla de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius y 50 gramos de agua a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
El agua que está a 20º C ganará temperatura
El agua que está a 40º C perderá temperatura
Sabemos que para conseguir el equilibrio térmico (igualar las temperaturas) la cantidad de calor ganada por un cuerpo debe ser igual a la cantidad de calor perdida por el otro.
Entonces:
para los 50 gr de agua a 20º C tendremos Q 1 (cantidad de calor ganada)
reemplazamos los valores y queda
(cantidad de calor ganada)
para los 50 gr de agua a 40º C tendremos Q 2 (cantidad de calor perdida)
(cantidad de calor perdida)
Como Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces:
Respuesta: La temperatura de equilibrio es 30 grados Celcius
Ejercicio 2)
¿Cuál será la temperatura final de una mezcla de 100 gramos de agua a 25 grados Celsius con 75 gramos de agua a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Los 100 gr de agua que están a 25º C ganarán temperatura
Los 75 gr de agua que están a 40º C perderán temperatura
Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de la mezcla es 31,43º C.
Ejercicio 3)
¿Cuál será la temperatura final de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius cuando se sumergen en ella 110 gramos de clavos de acero a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Capacidad calorífica específica del acero: 0,12 cal/grº C
Los 50 gr de agua que están a 20º C ganarán temperatura
Los 110 gr de clavos que están a 40º C perderán temperatura
Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de los clavos en el agua será de 24,177º C.
Ejercicio 4)
En 300 gramos de agua a 180 grados centígrados se introducen 250 gramos de hierro a 200 grados centígrados, determinar la temperatura de equilibrio.
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Capacidad calorífica específica del hierro: 0,113 cal/grº C
Los 300 gr de agua que están a 180º C ganarán temperatura
Los 250 gr de hierro que están a 200º C perderán temperatura
Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: El agua y el hierro sumergido en ésta quedarán a 181,72º C.
Ver: PSU: Física; Pregunta 12_2005(2)
Ver: Cantidad de calor
Por ejemplo, si pone tienes un recipiente con agua caliente, y otro con agua fría, a través de sus paredes se establecera un flujo de energía calorífica , pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualará (por obra de las transferencias de calor , en este caso del agua más caliente a la más fría, también por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporación), pero el equilibrio térmico lo alcanzarán cuando ambas masas de agua estén a la misma temperatura.
La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo demasa (m) se encuentra con la fórmula
Donde:
Q es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.
m es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos
C e es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C
Δt es la variación de temperatura = T f − T 0 . Léase Temperatura final (T f ) menos Temperatura inicial (T 0 ) , y su fórmula es
Hasta aquí hemos hablado siempre de igualar temperaturas y ello nos lleva a concluir que a los cuerpos no se les puede asignar una cantidad de calor . Lo que realmente tiene sentido son los intercambios de calorque se deben a las diferencias de temperaturas que existen entre los cuerpos que están en contacto.
Ver: PSU: Física, Pregunta 14_2005(2)
A continuación, desarrollemos algunos ejercicios que nos ayudarán a comprender la materia expuesta:
Ejercicio 1)
¿Cuál será la temperatura de una mezcla de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius y 50 gramos de agua a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
El agua que está a 20º C ganará temperatura
El agua que está a 40º C perderá temperatura
Sabemos que para conseguir el equilibrio térmico (igualar las temperaturas) la cantidad de calor ganada por un cuerpo debe ser igual a la cantidad de calor perdida por el otro.
Entonces:
para los 50 gr de agua a 20º C tendremos Q 1 (cantidad de calor ganada)
reemplazamos los valores y queda
(cantidad de calor ganada)
para los 50 gr de agua a 40º C tendremos Q 2 (cantidad de calor perdida)
(cantidad de calor perdida)
Como Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces:
Respuesta: La temperatura de equilibrio es 30 grados Celcius
Ejercicio 2)
¿Cuál será la temperatura final de una mezcla de 100 gramos de agua a 25 grados Celsius con 75 gramos de agua a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Los 100 gr de agua que están a 25º C ganarán temperatura
Los 75 gr de agua que están a 40º C perderán temperatura
Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de la mezcla es 31,43º C.
Ejercicio 3)
¿Cuál será la temperatura final de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius cuando se sumergen en ella 110 gramos de clavos de acero a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Capacidad calorífica específica del acero: 0,12 cal/grº C
Los 50 gr de agua que están a 20º C ganarán temperatura
Los 110 gr de clavos que están a 40º C perderán temperatura
Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de los clavos en el agua será de 24,177º C.
Ejercicio 4)
En 300 gramos de agua a 180 grados centígrados se introducen 250 gramos de hierro a 200 grados centígrados, determinar la temperatura de equilibrio.
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Capacidad calorífica específica del hierro: 0,113 cal/grº C
Los 300 gr de agua que están a 180º C ganarán temperatura
Los 250 gr de hierro que están a 200º C perderán temperatura
Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: El agua y el hierro sumergido en ésta quedarán a 181,72º C.
Ver: PSU: Física; Pregunta 12_2005(2)
Ver: Cantidad de calor
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