Energía, calor y trabajo
Cuando un gas empuja un pistón cede energía sin que haga falta que «salga» calor de ningún lado. Cuando calentás agua en una pava, entra energía y nada se mueve. Calor y trabajo son dos caminos distintos para cambiar la energía de un sistema, y el primer principio dice que, sumados, siempre dan la misma variación de energía interna, sea cual sea el camino.
Energía interna, calor y trabajo
Si te frotás las manos en un día frío de Bariloche, se calientan enseguida sin acercarlas a ninguna estufa: transformaste trabajo mecánico en agitación de partículas. ¿Cómo cuantificamos la energía acumulada en un cuerpo y cómo cambia cuando recibe calor o trabajo?
En una práctica de laboratorio se calienta un bloque de aluminio de masa $m = 150{,}0\,\text{g}$ desde una temperatura inicial de $18{,}0\,^{\circ}\text{C}$ hasta…
En una práctica de laboratorio se calienta un bloque de aluminio de masa $m = 150{,}0\,\text{g}$ desde una temperatura inicial de $18{,}0\,^{\circ}\text{C}$ hasta $68{,}0\,^{\circ}\text{C}$. Sabiendo que el calor específico del aluminio en este intervalo es $c = 0{,}897\,\text{J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$ y suponiendo despreciables las pérdidas térmicas con el entorno:
- a) Calculá la cantidad de calor absorbida por el bloque metálico expresada en joules y en kilojoules.
- b) Justificá conceptualmente por qué el calor absorbido no es una propiedad intrínseca que posea el bloque, diferenciando con claridad entre calor y temperatura.
El trabajo de expansión de un gas
Si calentás el aire atrapado en una jeringa con el émbolo libre, el émbolo se desplaza hacia afuera empujando el aire de la atmósfera. ¿Cuánta energía transfiere ese gas al expandirse contra el exterior?
El primer principio: ΔU = q + w
Calorimetría: medir el calor con un termómetro
Sacás una tuerca de metal del agua hirviendo y la metés en un vaso con agua a temperatura ambiente: el agua se entibia y el metal se enfría hasta igualar temperaturas. ¿Cómo medimos cuánto calor pasó conociendo solo masas y temperaturas?
En un calorímetro de mezclas a presión constante cuya capacidad calorífica propia es despreciable, se introducen $250{,}0\,\text{g}$ de agua líquida a una temperatura de…
En un calorímetro de mezclas a presión constante cuya capacidad calorífica propia es despreciable, se introducen $250{,}0\,\text{g}$ de agua líquida a una temperatura de $20{,}0\,^{\circ}\text{C}$. A continuación, se añade una pieza metálica de masa $80{,}0\,\text{g}$ extraída de una estufa a $95{,}0\,^{\circ}\text{C}$. Se agita la mezcla hasta que se alcanza una temperatura de equilibrio térmico de $24{,}2\,^{\circ}\text{C}$. Datos: calor específico del agua líquida $c_{\text{agua}} = 4{,}184\,\text{J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$. Suponé que no existen pérdidas de calor al exterior.
- a) Planteá el balance de calorimetría y determiná el calor específico del metal expresado en $\text{J}\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.
- b) Si durante el ensayo se hubiese producido una pequeña pérdida de calor hacia el entorno exterior, razoná si el valor experimental obtenido para el calor específico del metal resultaría mayor o menor que el real.
Vuelta al principio: el gas que empuja el pistón y el agua que se calienta en la pava intercambian energía por caminos distintos (trabajo y calor), pero en ambos casos $\Delta U = q + w$.