Introducción
Cuando se habla de calor se hace referencia a una forma de energía, la cual esta relacionada con la vibración molecular interna de la materia, inclusive, con la misma vibración estructural atómica. Esa energía se la puede transmitir a otros cuerpos y es precisamente a esa transferencia a la que se denomina calor.
Calor y Temperatura no son lo mismo, pero están muy relacionadas. Esta ultima hace referencia a la sensación, a esa percepción del hombre que tiene de la vibración inter-molecular o inter-atómica de un cuerpo, se puede cuantificar (grados celsius o centigrados, kelvin, etc) y tiene ciertos rangos lingüísticos como los son: frío, tibio y caliente. Se suele generalizar a la temperatura como el grado de calor de un cuerpo, haciendo referencia, justamente, a la definición de calor como vibración.
Si somos estrictos en la definición de calor, resulta ser la energía relacionada con un tipo de radiación electromagnética en una frecuencia definida: el Infrarrojo.
Para dar claridad a estos conceptos, resulta muy útil verificar un fenómeno muy cotidiano: Hervir el agua :)
En este fenómeno tan simple, el de cambio de estado, se puede verificar que calor y temperatura no son lo mismo.
Base Teórica
Repasemos algunos conceptos.
Calor Sensible:
Si quisiéramos aumentar la temperatura de un cuerpo de masa m debemos suministrarle, externamente, calor. Es decir, calor y temperatura son directamente proporcionales, a mayor calor suministrado, mayor sera la temperatura que mediríamos en el cuerpo. La cantidad de calor a suministrar, también es directamente proporcional a la cantidad de materia a calentar, a mayor cantidad de masa mayor calor debemos suministrarle para aumentar su temperatura. Es evidente que el cambio de calor de un cuerpo esta relacionado con la medición de la temperatura, de ahí su nombre.
Otro factor importante es el material a calentar. No es lo mismo calentar 1 litro de agua que calentar 1 kg de aluminio :) de hecho, el aluminio se calienta mas rápido!... para estratificar el material a calentar se hace uso de una constante la cual se denomina calor especifico.
Podemos definir esta forma de calor de la siguiente manera:
En donde:
- m es la masa del cuerpo que se quiere calentar
- c es el calor especifico del material a calentar
- Tf es la temperatura final del cuerpo
- Ti es la temperatura inicial del cuerpo
- Q es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura desde Ti hasta Tf de una masa m
Calor Latente:
Si tenemos agua a 100C y quisiéramos que cambie de estado, es decir, que pase de estado liquido a estado gaseoso, debemos suministrar una cantidad de calor para ello, pero esa cantidad de calor es fija y depende solo de la cantidad de agua que queramos evaporar. A este tipo de calor se le denomina calor latente y es evidente que no depende del cambio de temperatura del material, solo depende de la cantidad de masa que queramos que cambie de estado.
En donde:
- m es la masa que se quiere que cambie de estado
- L es el calor, por unidad de masa, necesario para que cambie de estado
- Q es la cantidad de calor necesario para hacer cambiar de estado a la masa m
Medición de temperatura:
Para cuantificar (dar un valor) la temperatura se utiliza un dispositivo llamado termómetro. Este dispositivo, normalmente, trae una escala, es decir unas lineas cada una de las cuales representa un valor de temperatura definido. Antiguamente, se utilizaba mercurio (Hg) dentro de un tubo muy delgado (capilar), el cual, se
deslizaba dentro del tubo con el aumento o disminución de temperatura (repasa el tema de expansión térmica).
En la actualidad, se utilizan otros tipos de termómetros, entre ellos: los digitales. Estos termómetros digitales funcionan con base en un elemento capaz de percibir la temperatura y transformarla en electricidad. A ese elemento que realiza esa conversión se le denomina
SENSOR... y si ... es el que se muestra en la figura :)
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| Sensor de temperatura digital. La referencia o nombre es DS18B20 |
Practica
Vamos a corroborar que, después de cierto valor de temperatura, el agua va a cambiar de estado e identificaremos las dos formas de calor en una gráfica, la cual, debe relacionar la temperatura y el tiempo transcurrido.
Para ello, vamos a utilizar nuestros celulares como terminales gráficos :) Sigue los pasos descritos en
www.mobilabmlo.blogspot.com el cual es un blog en el que describo el uso del celular como un elemento graficador.
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| Celular utilizado como terminal grafico |
Ademas, si conocemos el valor de la temperatura en dos puntos de tiempo específicos, la masa del agua que esta en el recipiente y la cantidad de energía utilizada, podemos hallar el calor especifico del agua, es decir habremos fabricado un calorimetro digital!!!!!
Materiales:
Necesitamos, para nuestra practica:
- Un recipiente con tapa. Recuerda que hay distintos tipos de materiales: diatermicos y adiabaticos. Selecciona el que tu creas mas conveniente para la practica.
- Un reverbero de inmersión. Es el dispositivo que se sumerge en el agua para calentarla. Las chicas son las que mas lo usan, cuando se van a organizar las uñas.
- Agua, lo mas limpia posible.
- Un termómetro digital. Ese lo llevo yo :) :)
- Un celular.
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| Termómetro Bluetooth, esta sobre la base del robot |
Procedimiento:
- Una vez estés familiarizado con el uso del programa BlueMLO.jar, conectate con el termómetro digital.
- Llena el recipiente con una cantidad conocida de agua y tapa el recipiente con el sensor y el reverbero dentro.
- Habilita la recepción de los datos de temperatura y tiempo.
- Cuando hayas recibido el primer dato, conecta el reverbero y observa como se comportan los puntos de la gráfica.
- Guarda los datos en tu celular y discute con tus compañeros de grupo a cerca de las zonas de calor sensible y calor latente, temperatura de ebullición, etc.
- Selecciona dos puntos cualquiera de la zona de calor sensible y calcula el calor especifico del agua. Recuerda lo visto en clase para determinar la cantidad de energía (eléctrica en este caso) suministrada al agua.
- Escribe un reporte de la practica con los resultados obtenidos y tus conclusiones.
