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Liceo N°1 Javiera Carrera
Departamento de Física
Prof. Oscar Garrido R.
3° Medio
Guía Calorimetría
Contenidos
Tema 0.3: Calor y Conservación de la energía
3.1 Relación entre calor y temperatura. El calor
como una forma de energía.
3.2 Relación entre calor y trabajo : Equivalente
mecánico del calor
3.3 Conservación de la energía en general.
Tema 0.4: Calorimetría
4.1 Capacidad calorífica y calor específico.
4.2 Cambios de fase y formas de transición del calor
(conducción, convección y radiación).
Objetivos
Describir y analizar situaciones en que se produce equilibrio
térmico.
Analizar el concepto de calor y las variables de las que
depende.
Aplicar los conceptos de calor en el desarrollo de ejercicios
matemáticos sencillos.



Habilidades del pensamiento científico.
Seleccionan la información explícita e implícita del
enunciado y/o datos complementarios al texto, que
es basal y fundamental para resolver el problema.
Realizan inferencias con profundidad y autonomía
a partir de la información implícita en el texto.
Representan y modelan la información utilizando
un amplio repertorio de estrategias, combinándolas
y/o modificándolas traduciendo a más de un
registro, en el contexto de la disciplina.
Calor
 El calor es una cantidad de energía y una expresión del movimiento de las moléculas que
componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando
sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se
están moviendo.
 El calor es la energía total de dicho movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la
temperatura es la medida de dicha energía.
 El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La
temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.
 Cuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energía en forma de calor entre
distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
Equilibrio térmico
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 calor, y el sistema formados por
esos cuerpos llega a su equilibrio térmico.
Benjamín Thompson
Tras la termometría, el siguiente concepto fundamental de la
teoría del calor es el de capacidad calorífica. En un principio se
creía que la cantidad de calor que un cuerpo podía "acumular"
en un determinado periodo de tiempo dependía de su masa y de
su volumen. Sin embargo, diferentes experiencias pusieron de
manifiesto que esto no era así, sino que existía una nueva
constante característica de los cuerpos que estaba relacionada
con la capacidad acumulativa de calor de los cuerpos. Esta
propiedad era el calor específico.
La idea de calor específico la utilizó por primera vez el profesor
de la universidad de Glasgow Joseph Black (1728-1799) en
1760. Además de hacer importantes descubrimientos en la
1
comportamiento de los gases, en su obra define también el calor latente para medir el calor necesario
para producir cambios de estado en sustancias sin variar la temperatura. Precisamente podemos
considerar las aportaciones de Black como el comienzo de la calorimetría como ciencia.
No obstante la obra de Black estaba llena de contradicciones y de errores, criticados por muchos
físicos, entre ellos por Benjamín Thompson, conocido como conde de Rumford, para los cuales el calor
era considerado como una forma de movimiento. Sin embargo, la ausencia de explicaciones
mecanicistas convincentes mantuvo a muchos físicos en la cómoda y elástica teoría del fluido sutil,
amoldable a las necesidades de cada momento.
Transferencia de calor
El calor se puede transferir mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos
pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros
dos.
Por ejemplo, el calor se trasmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el
agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la
Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación*.
*Aún se estudia si el “viento solar” transfiere calor a la tierra.
Conducción térmica
La conducción es una transferencia de calor entre los cuerpos sólidos. Si una persona sostiene uno de
los extremos de una barra metálica, y pone en contacto el otro extremo con la llama de una vela, de
forma que aumente su temperatura, el calor se trasmitirá hasta el extremo más frío por conducción.
Los átomos o moléculas del extremo calentado por la llama, adquieren una mayor energía de agitación,
la cual se trasmite de un átomo a otro, sin que estas partículas sufran ningún cambio de posición,
aumentando entonces, la temperatura de esta región. Este proceso continúa a lo largo de la barra y
después de cierto tiempo, la persona que sostiene el otro extremo percibirá una elevación de
temperatura en ese lugar.
Existen conductores térmicos, como los metales, que son buenos conductores del calor, mientras que
existen sustancias, como poliestireno, corcho, aire, madera, hielo, lana, papel, etc., que son malos
conductores térmicos (aislantes).
Convección térmica
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se
producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por
un proceso llamado convección.
Cuando un recipiente con agua se calienta, la capa de agua que está en el fondo recibe mayor calor (por
el calor que se ha trasmitido por conducción a través de la cacerola); esto provoca que el volumen
aumente y, por lo tanto, disminuya su densidad, provocando que esta capa de agua caliente se desplace
hacia la parte superior del recipiente y parte del agua más fría baje hacia el fondo.
El proceso prosigue, con una circulación continua de masas de agua más caliente hacia arriba, y de
masas de agua más fría hacia abajo, movimientos que se denominan corrientes de convección. Así, el
calor que se trasmite por conducción a las capas inferiores, se va distribuyendo por convección a toda
la masa del líquido.
 La transferencia de calor en los gases y líquidos también puede efectuarse en menor parte por
conducción.
 El proceso de convección es el responsable de la mayor parte del calor que se trasmite a través
de los fluidos.
El calentamiento de una habitación mediante una estufa no depende tanto de la radiación como de las
corrientes naturales de convección, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del
resto de la habitación se dirija hacia la estufa.
Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, las estufas deben colocarse cerca del
suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima.
De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el vapor en
las calderas de convección natural, y del tiro de las chimeneas.
La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie
terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de
calor desde el interior del Sol hasta su superficie.
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Radiación térmica
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las
sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por
un vacío. Si se tiene un cuerpo caliente en el interior de una campana de vidrio sin aire, y se coloca un
termómetro en el exterior de la campana, se observará una elevación de la temperatura en un intervalo
de tiempo, lo cual indica que existe una trasmisión de calor a través del vacío que hay entre el cuerpo
caliente y el exterior.

Los procesos de convección y de conducción sólo pueden ocurrir cuando hay un medio material
a través del cual se pueda transferir el calor, mientras que la radiación puede ocurrir en el vacío.
I.
Ejercicios
Comparte opiniones con tus compañeras analizando las siguientes situaciones:
Dos bloques del mismo material y a distinta temperatura se aíslan y se ponen en contacto
a) Después de un intervalo de tiempo ¿qué sucede con
ta y tb?
b) Después de un intervalo de tiempo ¿qué sucede con
la energía interna de los bloques A y B?
c) ¿Qué tipo de transferencia de calor se produce y
desde cual bloque se transfiere?
d) Suponga que se transfieren 100 cal desde un bloque
a otro, cuál es dicho valor en Joule?
e) Imagine que alguien toma uno de los bloques y lo
saca de su aislación para dejarlo sobre una mesa a
temperatura ambiente de
, luego de 24 horas ¿qué le sucederá al bloque, y por qué se
produce?
f) Imagine que el bloque se encuentra a temperatura ambiente, ¿Por qué al tocarlo se siente frío?
g) Si una persona toma un bloque de plomo y lo golpea con un martillo se observa que aumenta su
temperatura, ¿Cuál es la causa de este aumento de temperatura?
h) Suponga que el trabajo realizado por el martillo en el bloque de plomo es de 836 joule, ¿Cuál es
la cantidad de calor en calorías que se debiera suministrar al bloque de plomo para producir el
mismo incremento de temperatura?
Capacidad calorífica y calor específico
 La capacidad calorífica o capacidad térmica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de
energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de
temperatura que experimenta. En una forma más rigurosa, es la energía necesaria para aumentar
la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura.
 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de
temperatura bajo el suministro de calor. Puede imaginarse como una medida de “inercia
térmica”.
 Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también
de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema
particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que
la de un vaso de agua de la misma piscina.
 En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.
 La capacidad calorífica (capacidad térmica) no debe ser confundida con la capacidad calorífica
específica (capacidad térmica específica) o calor específico, el cual es la propiedad intensiva
que se refiere a la capacidad de un cuerpo “para almacenar calor”, y es el cociente entre la
capacidad calorífica y la masa del objeto.
 El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas
variables que la capacidad calorífica.
3
En la figura se observan dos
cuerpos diferentes, los cuales
experimentan distintas variaciones
de temperatura al recibir la misma
cantidad de calor.
Si un cuerpo recibe una cantidad de
calor
y varía su temperatura en
un
la capacidad calorífica de este
cuerpo está dada por:
Esto significa que debemos proporcionar al cuerpo A 5 cal para elevar su temperatura en un grado y al
cuerpo B debemos proporcionar 10 cal para que suceda lo mismo.
Calor específico
El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la
temperatura un grado Celsius. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa
normalmente en la forma que se muestra, donde c es el calor específico. De modo que si tomamos tres
bloques del mismo material, pero con distinta masa
tendrán distinta capacidad calorífica
, pero al dividir cada capacidad térmica por su masa encontramos el mismo valor, es decir:
Se mide en unidades
Calor específico
Si observamos el calor específico del agua es mayor que
el de las otras sustancias, esto significa que para una
misma cantidad de masa de estos elementos al ceder la
misma cantidad de calor, el agua se calentará mucho
menos.
Calor absorbido por un cuerpo
La cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo,
cuando su temperatura varía en ∆t está dada por:
Si lo expresamos en términos de su calor específico,
recordemos que:
Entonces:
II.
Ejercicios:
a) Dos bloques de Zinc, A y B de masas
con
fundamente su
respuesta:
 ¿El calor específico de A es mayor al calor especifico de B?
 ¿La capacidad térmica de B es mayor que la de A?
 Si A y B sufrieran la misma liberación de temperatura, ¿Cuál libera más calor?
b) n bloque met lico se encuentra a una temperatura de C recibiendo una cantidad de
calor
elevando su temperatura a C.
 El valor de la capacidad térmica del bloque.
4

Para que su temperatura suba de
a
C cuanto calor debe suministrarse
(joule).

u ntas calorías serían liberadas si su temperatura baja de
a C?
 Si su masa es de 80 gr, el calor que absorbe cuando ∆t
C
c) Considere 1kg de agua y 1 kg de mercurio
1



¿Qué capacidad calorífica es mayor?
Fundamente: si las dos masas se encuentran a 60°C, ¿Cuál es más eficiente para
calentar los pies en un día frio?
i inicialmente las masas est n a
y después aumentamos asta
Ca
ambas masas ¿cuánto calor recibió cada masa?
Calor sensible y calor latente:
El calor de cambio de estado es, la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido
a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). A este calor se le conoce
como calor latente y es el calor necesario para lograr un cambio de estado (cambio de fase).




5
Los cambios de estado se realizan a temperatura constante
La energía absorbida se emplea en lograr el cambio de fase y se llama calor latente
La energía absorbida que eleva la temperatura del medio se denomina calor sensible
III.
Ejercicios: Analiza cada pregunta junto a tus compañeras e investiga para justificar tus
respuestas.
 ¿Cuál es el comportamiento de la temperatura en un cambio de fase y por qué se
produce?
 ¿Cómo es la gráfica de calentamiento del agua?
 ¿Cuáles son los valores del calor latente de fusión y del calor latente de
vaporización y del calor específico del agua?
 Desde el punto de vista molecular del agua ¿qué papel juega el calor para el
cambio de estado?
 ¿Los puentes de hidrógeno sólo se encuentran en el agua?
Selección múltiple
1. Un día de lluvia papá enciende la estufa junto a la familia. El calor que ellos perciben se transmite
principalmente por
I)
conducción.
II)
convección.
III)
radiación.
Es (son) correcta(s)
a) solo I
b) solo II
c) solo III
d) solo I y II
e) solo II y III
2. Un trozo de cobre se calienta hasta los 200ºC para luego ser sumergido en un recipiente que
contienen agua a una temperatura de 20ºC. Entonces, se afirma que:
I. El trozo de cobre cede temperatura al agua.
II. El agua recibe temperatura desde el trozo de cobre y entrega parte de ella al medio ambiente en
forma de vapor.
III. Después de mucho tiempo, tanto el agua como el trozo de cobre tienen la misma temperatura.
De estas afirmaciones es (son) verdadera(s):
a) Sólo I.
b) Sólo III.
c) I y II.
d) II y III.
e) Todas.
3. María y Ana están hirviendo agua. María tiene doble cantidad que Ana. Las dos utilizan mecheros
iguales y termómetros idénticos para medir la temperatura. La temperatura que lee María:
a) es más grande que la de Ana.
b) es igual que la de Ana.
c) es más pequeña que la de Ana.
d) depende de la masa.
e) se requiere de información adicional.
4. Cuando dos cuerpos son colocados en contacto, la condición necesaria para que exista flujo de calor
entre ellos es que:
a) tengan capacidades calóricas diferentes
b) se encuentren a temperaturas diferentes
c) contengan diferentes cantidades de calor
d) tengan el mismo calor específico
e) contengan la misma cantidad de calor
5. Una persona al lanzarse por un tobogán pierde energía mecánica al llegar al suelo. La energía
perdida se transforma en:
a) Energía potencial.
b) Energía cinética.
c) Energía química.
d) Calor.
e) Roce.
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6. En un día de frío, al abrigarnos con una frazada “sentimos” calor. Esto se explica porque la frazada:
I.
Absorbe calor del medio ambiente traspasándola a nuestro cuerpo.
II.
No permite el flujo de calor desde nuestro cuerpo hacia el medio ambiente.
III.
Produce calor que es absorbido por nuestro cuerpo.
De estas afirmaciones son verdaderas:
a) Sólo I.
b) Sólo II.
c) Sólo III.
d) I y II.
e) I y III.
7. Si se tienen dos cuerpos P y Q en contacto. Si fluye calor desde el cuerpo Q al P, entonces es
correcto afirmar que:
TP = Temperatura cuerpo P.
TQ = Temperatura cuerpo Q.
Tamb = Temperatura ambiente.
a)
b)
c)
d)
e)
Tp = TQ
Tp < TQ
Tp > TQ
Tp = TQ + Tamb
Tp + Tamb = TQ
8. La razón por la que al tocar con el pie descalzo una baldosa se siente más helada que una alfombra,
cuando ambas están en la misma temperatura, es que:
a) Las moléculas de la baldosa tienen menor energía cinética.
b) La baldosa cede al cuerpo el frío con mayor rapidez que la alfombra.
c) La alfombra es peor conductor de calor que la baldosa.
d) La alfombra absorbe desde el cuerpo el calor con mayor rapidez que la baldosa.
e) Las moléculas de la alfombra tienen mayor energía cinética.
9. Un trozo de cobre se calienta hasta los 200ºC para luego ser sumergido en un recipiente que
contienen agua a una temperatura de 20ºC. Entonces, se afirma que:
I. El trozo de cobre cede temperatura al agua.
II. El agua recibe temperatura desde el trozo de cobre y entrega parte de ella al medio ambiente en
forma de vapor.
III. Después de mucho tiempo, tanto el agua como el trozo de cobre tienen la misma temperatura.
De estas afirmaciones es (son) verdadera(s):
a) Sólo I.
b) Sólo III.
c) I y II.
d) II y III.
e) Todas.
10. Se tienen dos cubos de hielo idénticos, de igual masa y temperatura. Si uno se deja al aire libre,
mientras el otro se deja al lado también al aire libre pero envuelto en una bufanda, podemos afirmar
que:
a) el hielo envuelto en la bufanda demorará menos tiempo en derretirse que el que hielo expuesto al
aire libre
b) el hielo envuelto en la bufanda demorará más tiempo en derretirse que el hielo expuesto al aire libre
c) ambos hielos demorarán el mismo tiempo en derretirse
d) los hielos se derretirán pero a distintas temperaturas
e) falta información
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11. En una región nevada se observa los techos de dos casas, uno cubierto con nieve y el otro techo sin
nieve. Si ambas casas tienen encendido el mismo sistema de calefacción se puede concluir que la
casa con el techo cubierto con nieve:
a) posee una mala aislación térmica
b) posee una buena aislación térmica
c) posee igual aislación térmica que la que no tiene nieve
d) está tan fría adentro como afuera
e) está más fría adentro que afuera
12. Para enfriar 500gr de refresco que está a 50ºC, se utilizan 4 cubitos de hielo de 25gr cada uno a
-18ºC. Calcula la temperatura final del refresco. Calor específico refresco: 4180J/kgºC, calor
específico hielo: 2090J/kgºC, calor latente hielo: 3,35·105J/Kg. Densidad agua: 1000kg/m3
a) 26,81°C
b) 4,0°C
c) 33°C
d) 17°C
e) 20.3°C
Para profundizar: http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10_calorimetria.php
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