Física Biológica PCLF/Calorimetría

¿Como se mide el calor?

Para empezar primero veremos cómo se transmite el calor en los cuerpos para luego poder entender cómo funciona un calorímetro. Existen 3 mecanismos principales por los cuales el calor se transfiere de un material más caliente a un material más frío:

Conducción : Esto ocurre cuando dos objetos sólidos se tocan, dentro de fluidos, o entre fluidos y sólidos en contacto. Algunos materiales conducen el calor mucho mejor que otros como los metales que generalmente conducen el calor mejor que la madera. Los buenos conductores térmicos, a temperatura ambiente, a menudo se sienten fríos al tacto, ya que alejan el calor del cuerpo de la mano de la persona.

∆Q = k A ∆t (∆T / L)

Donde: ∆Q = cantidad de calor, k = coeficiente de conductividad térmica (w / m. K), A = área de contacto, ∆t = intervalo de tiempo, ∆T = diferencia de temperatura , L = distancia entre cuerpos calientes y fríos, ( ∆T / L) = gradiente de temperatura o cambio por unidad de longitud de material (K / m). Velocidad de flujo (H) = cantidad de calor conducido por unidad de tiempo.

Convección : Este tipo de transferencia de calor requiere un fluido, que puede ser un gas o líquido, y una fuerza que actúa sobre el fluido, como la gravedad. La convección ocurre debido a cambios de densidad en los fluidos cuando la temperatura de esos fluidos cambia. En general, los fluidos se vuelven menos densos cuando se calientan, pero hay excepciones. En el caso de un fluido que se vuelve menos denso cuando se calienta, la porción más caliente del fluido sube y la porción más fría se hunde. Justo lo contrario ocurriría si el fluido se volviera más denso cuando se calienta. Si el fluido no cambia de densidad cuando se calienta, entonces no ocurrirá convección, aunque todavía ocurrirá una conducción mucho más lenta dentro del fluido.

∆Q / ∆t = q A ∆T

Donde: q = coeficiente de convección térmica (W/ m2. K). esta depende de la orientación, la forma del cuerpo y la velocidad del viento.

Radiación : Esta se produce desde todos los objetos por encima del cero absoluto a cualquier otro objeto en su línea de visión. Esto ocurre cuando las vibraciones moleculares hacen que se emitan partículas desde la superficie de un objeto. Se pueden emitir muchas partículas diferentes, dependiendo de la temperatura del objeto. Se emiten así diferentes frecuencias; incluyendo infrarrojos, luz visible, ultravioleta, ondas de radio, microondas, rayos X, rayos gamma, etc. La radiación es única ya que es el único tipo de transferencia de calor que puede ocurrir a través de vacío.

E = hv = h c / λ

Se aplica la ley de Planck donde h es la constante de Planck y v es la frecuencia de onda.

Calorímetro Ahora como todos los seres vivos de cierta forma son máquinas térmicas que transmiten calor, se puede medir el calor que emiten mediante un aparato llamado calorímetro, que se basa en la ley de Joule que se expresa:

Unidad de calor = caloría = cantidad de calor necesaria para elevar 1 gr. a 1°C, desde 14.5°C a 15.5°C.

Equivalente Mecanico de calor J = joules equivalentes a 1 caloría.

1 cal = 4.186 Joule

J = W / H (Joule / cal)

Un calorímetro es un instrumento que es capaz de medir el calor específico de un cuerpo, existen desde los más simples como un termo con agitador y termómetro hasta los digitales pero todos se basan en la ley de Joule. Esto es muy útil a la hora de medir el trabajo que se produce en una reacción química.