UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA
Calidad, Pertinencia y Calidez
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUD
CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA
FÍSICO QUÍMICA
TEMA:
Descripción detallada de las capacidades caloríficas.
Estudiante:
Jerovy André Yaguana Tinoco
Docente:
Ing. Gary Hitler Muñox
Nivel/Sección:
4to Semestre “A”
Período:
2024 – D1
Machala- El Oro- Ecuador
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 3
OBJETIVOS ......................................................................................................... 4
Objetivo General: ............................................................................................. 4
Objetivos Específicos: ...................................................................................... 4
MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 5
Definición ......................................................................................................... 5
Capacidad Calorífica a Presión Constante (Cp) ............................................... 5
Presión Constante ......................................................................................... 5
Relación con la Entalpía ............................................................................... 5
Capacidad Calorífica a Volumen Constante (Cv) ............................................ 6
Volumen Constante ...................................................................................... 6
Relación con la Energía Interna.................................................................... 6
Dependencia de la Temperatura ................................................................... 6
Diferencia entre la capacidad calorífica a presión constante y a volumen
constante. ...................................................................................................................... 7
Factores que afectan las Capacidades Caloríficas ............................................ 8
Capacidades Caloríficas Molares y Específicas ............................................... 9
CONCLUSIÓN .................................................................................................. 10
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 11
INTRODUCCIÓN
La investigación sobre las capacidades caloríficas es crucial para entender cómo
las sustancias interactúan con el calor y la energía térmica en diferentes condiciones.
Tanto la capacidad calorífica a presión constante (Cp) como a volumen constante (Cv)
son propiedades termodinámicas fundamentales que describen la cantidad de calor
necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia.
Esta investigación aborda no solo la definición y medición de Cp y Cv, sino
también los factores que influyen en su comportamiento, como la naturaleza de la
sustancia, la temperatura, la presión y la composición de la mezcla. Además,
exploramos las capacidades caloríficas molares y específicas, que proporcionan una
visión más detallada de cómo el calor se absorbe y distribuye a nivel molecular y
macroscópico.
A través de esta investigación, avanzamos en nuestra comprensión de los
principios fundamentales de la termodinámica y abrimos nuevas vías para aplicar este
conocimiento en campos tan diversos como la energía, la química y la física de
materiales.
Se realizará una investigación bibliográfica para comprender de mejor manera la
descripción detallada de las capacidades caloríficas.
OBJETIVOS
Objetivo General:
Profundizar en el estudio de las capacidades caloríficas, tanto a presión
constante (Cp) como a volumen constante (Cv),
Objetivos Específicos:
•
Investigar los factores que afectan las capacidades caloríficas, como la
naturaleza de la sustancia, la temperatura, la presión y la composición de
la mezcla, para comprender cómo estos influyen en el comportamiento
térmico de los materiales.
•
Explorar las capacidades caloríficas molares y específicas,
comprendiendo cómo estas propiedades proporcionan una visión más
detallada de cómo el calor se distribuye a nivel molecular
MARCO TEÓRICO
Definición
Son propiedades termodinámicas que describen la cantidad de calor necesaria
para elevar la temperatura de una sustancia en una unidad de masa o en una cantidad
molar, bajo condiciones específicas. Hay dos tipos principales de capacidades
caloríficas: a presión constante (Cp) y a volumen constante (Cv). (Moreira, 2022)
Capacidad Calorífica a Presión Constante (Cp)
La capacidad calorífica a presión constante, denotada como Cp, es una
propiedad termodinámica que describe la cantidad de calor necesaria para aumentar la
temperatura de una sustancia en una unidad de masa a presión constante. Se define
como la cantidad de calor (𝑞) absorbida o liberada por un sistema cuando se produce un
cambio infinitesimal en su temperatura (dT) a presión constante (P) (J., 2020)
𝛿𝑞
Cp = Cv + R ó Cp = (ⅆ𝑇)P
Presión Constante
La capacidad calorífica a presión constante se mide a una presión constante en el
sistema. Esto puede ser logrado, por ejemplo, manteniendo el sistema abierto y
permitiendo que el gas realice trabajo mientras se le añade calor.
Relación con la Entalpía
La capacidad calorífica a presión constante está relacionada con el cambio de
entalpía (ΔH) durante una reacción química a presión constante a través de la siguiente
expresión:
𝑇1
𝛥𝐻 = ∫ 𝐶𝑝 ⅆ𝑙 ̅
𝑇2
Capacidad Calorífica a Volumen Constante (Cv)
La capacidad calorífica a volumen constante, denotada como Cv, es una
propiedad termodinámica que describe la cantidad de calor necesaria para aumentar la
temperatura de una sustancia en una unidad de masa a volumen constante. Se define
como la cantidad de calor (q) absorbida o liberada por un sistema cuando se produce un
cambio infinitesimal en su temperatura (dT) a volumen constante (V)
𝛿𝑞
Cv = (ⅆ𝑇)V
Volumen Constante
La capacidad calorífica a volumen constante se mide a un volumen constante en
el sistema. Esto puede ser logrado, por ejemplo, confinando el sistema en un recipiente
de volumen fijo.
Relación con la Energía Interna
La capacidad calorífica a volumen constante está relacionada con el cambio de
energía interna (ΔU) durante una reacción química a volumen constante a través de la
siguiente expresión:
𝑇1
𝛥𝑈 = ∫ 𝐶𝑣 ⅆ𝑙 ̅
𝑇2
Dependencia de la Temperatura
Al igual que la capacidad calorífica a presión constante, la capacidad calorífica a
volumen constante puede variar con la temperatura. En el caso de los gases ideales,
sigue la ley de los gases ideales y es independiente de la temperatura.
Diferencia entre la capacidad calorífica a presión constante y a volumen constante.
la diferencia principal entre la capacidad calorífica a presión constante (Cp) y la
capacidad calorífica a volumen constante (Cv) radica en las condiciones bajo las cuales
se mide cada una y cómo se relacionan con las propiedades termodinámicas de los
sistemas.
Cp: Se mide a presión constante, lo que significa que el sistema puede realizar
trabajo contra el ambiente mientras absorbe o libera calor.
Cv: Se mide a volumen constante, lo que implica que el sistema no puede
realizar trabajo contra el ambiente mientras absorbe o libera calor. (Capacidades
Caloríficas de gases, 2019)
•
Expansión del Gas:
Cp: Durante el proceso de calentamiento a presión constante, el gas puede
expandirse y realizar trabajo contra el ambiente.
Cv: Durante el proceso de calentamiento a volumen constante, el gas no puede
expandirse y, por lo tanto, no realiza trabajo contra el ambiente.
•
Relación con las Propiedades Termodinámicas
Cp: Está relacionada con el cambio de entalpía (ΔH) durante una reacción
química o un proceso a presión constante.
Cv: Está relacionada con el cambio de energía interna (ΔU) durante una
reacción química o un proceso a volumen constante.
Son propiedades termodinámicas que describen cómo la temperatura de una
sustancia cambia en diferentes condiciones de presión y volumen, respectivamente. La
principal diferencia entre ellas radica en las condiciones bajo las cuales se mide y cómo
se relacionan con el trabajo realizado por el sistema.
Factores que afectan las Capacidades Caloríficas
Los factores que afectan las capacidades caloríficas, tanto a presión constante
(Cp) como a volumen constante (Cv), son diversos y pueden variar según el tipo de
sustancia y las condiciones en las que se encuentra.
Naturaleza de la Sustancia
La estructura molecular y la composición química de la sustancia juegan un
papel crucial en determinar sus capacidades caloríficas. Por ejemplo, sustancias con
enlaces más fuertes tienden a tener capacidades caloríficas más bajas debido a una
menor capacidad para almacenar energía térmica.
Estado Físico de la Sustancia
Las capacidades caloríficas pueden variar según si la sustancia se encuentra en
estado sólido, líquido o gaseoso. En general, los sólidos tienen capacidades caloríficas
más bajas que los líquidos, y los líquidos tienen capacidades caloríficas más bajas que
los gases debido a la restricción en la libertad de movimiento de las moléculas.
Temperatura
La capacidad calorífica de una sustancia puede variar con la temperatura. En
algunos casos, la capacidad calorífica puede aumentar con la temperatura debido a la
contribución de modos de vibración y rotación de las moléculas adicionales a energía
térmica. Sin embargo, en otros casos, puede disminuir debido a cambios en la estructura
molecular o en las interacciones entre las partículas.
Presión
En el caso de Cp, la presión puede afectar significativamente la capacidad
calorífica debido a los cambios en el trabajo realizado por el sistema al expandirse o
contraerse. Aunque Cv se mide a volumen constante, la presión puede tener efectos
indirectos en la capacidad calorífica debido a cambios en otras propiedades
termodinámicas, como la densidad.
Composición de la Mezcla
En el caso de mezclas de sustancias, la capacidad calorífica puede depender de
la proporción de cada componente en la mezcla. Esto se debe a que diferentes sustancias
pueden tener capacidades caloríficas diferentes y sus interacciones pueden influir en la
energía térmica almacenada.
Fase Transicional y Cambios de Estado
Durante cambios de fase, como la fusión o la vaporización, se pueden observar
cambios significativos en la capacidad calorífica debido a la absorción o liberación de
energía asociada con el cambio de estado.
Capacidades Caloríficas Molares y Específicas
La capacidad calorífica específica (c) es la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius (o
Kelvin). Se denota como c y se expresa en
𝐽
𝐾𝑔 . 𝑘
en el Sistema Internacional de
Unidades (SI).
La capacidad calorífica específica se define como la relación entre la cantidad de
calor (q) absorbida o liberada por una sustancia y la masa (m) de la sustancia y el
cambio de temperatura (ΔT).
𝑐=
𝑞
𝑚𝛥𝑇
La capacidad calorífica específica depende de la naturaleza de la sustancia y
puede variar según el estado físico (sólido, líquido, gaseoso) y la temperatura.
En el caso de gases, la capacidad calorífica específica puede variar con la
presión y la temperatura.
La capacidad calorífica molar (Cmolar) es la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de una cantidad molar de una sustancia en un grado Celsius (o
𝐽
Kelvin). Se denota como Cmolar y se expresa en 𝐾𝑔 . 𝑘
La capacidad calorífica molar (Cmolar) se relaciona con la capacidad calorífica
específica (c) mediante la siguiente ecuación:
(Cmolar) = c. M
Donde M es la masa molar de la sustancia
CONCLUSIÓN
La exploración de las capacidades caloríficas revela su importancia central en la
termodinámica y la física de materiales. La capacidad calorífica a presión constante
(Cp) y a volumen constante (Cv) define la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de una sustancia bajo diferentes condiciones. Cp se relaciona con el cambio
de entalpía, mientras que Cv se relaciona con el cambio de energía interna durante
procesos químicos o físicos. Ambas capacidades caloríficas están influenciadas por
factores como la naturaleza de la sustancia, el estado físico, la temperatura y la presión,
así como la composición de la mezcla y la presencia de campos externos. Además, las
capacidades caloríficas molares y específicas proporcionan una medida más precisa y
escalable de la cantidad de calor absorbida por una sustancia.
BIBLIOGRAFÍA
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