La química en nuestro entorno: mecanismos de transferencia de calor

                 Como hemos estudiado anteriormente, la energía está presente en un cuerpo y puede medirse mediante las escalas de temperatura Celsius, Kelvin y Fahrenheit, en esta ocasión,  trataremos acerca de los mecanismos de transferencia de calor, pero te has preguntado ¿Qué es el calor? o ¿Cómo se transmite el calor?

El calor  puede definirse como la presencia  de  energía en un cuerpo,  a medida que se incrementa dicha energía aumenta el calor, el método para medir la energía es a través de la temperatura utilizando un termómetro como herramienta de medición.

De acuerdo con (Smith-Van Ness. 1988), una de las observaciones más importantes sobre el calor es que siempre fluye de una temperatura superior a otra más baja, esto conduce al concepto de temperatura como fuerza impulsora para la transferencia de energía como calor.

La transferencia de calor puede darse de la siguiente manera:

Transferencia de calor por conducción.- este tipo de transferencia de calor  ocurre cuando  dos objetos están en contacto directo entre sí. Un ejemplo  de este tipo de transferencia de calor es cuando un metal está en  contacto directo con una fuente de calor. 

Transferencia de calor por convección.- Aquí la transferencia de calor ocurre cuando hay movimiento o circulación de energía entre los cuerpos en un sistema. Un ejemplo de este tipo de intercambio de energía lo podemos observar cuando abrimos un  horno caliente,  el calor que expulsa  hacia el exterior es la energía emitida por convección.

Transferencia de calor por radiación.- ocurre cuando hay contacto entre un objeto y las ondas electromagnéticas de un cuerpo. Un ejemplo de este tipo es el sol el cual sería el cuerpo  que emite radiación y un ser vivo como las plantas, los animales o seres humanos que están expuestos a la radiación solar.    

Calor específico 

El calor específico se define como la cantidad de calor requerida para elevar un grado Celsius la temperatura de una sustancia.
A continuación se muestra una tabla del calor especifico expresado en unidades de J/g°C   y   en cal/g °C en diferentes sustancias.

Fuente: (Navarro Herrera Dolores Adriana. 2019)

Para calcular el calor que necesita o produce un cuerpo se puede utilizar la siguiente formula:        Q = mC∆T

En donde:

Q: es  el calor absorbido  o liberado

m: es la masa de la sustancia

C: es el calor específico

∆T: indica la diferencia de temperatura (temperatura final, menos temperatura inicial)

Ahora veamos un ejemplo para calcular el calor  en una sustancia

1.- Obtén el calor absorbido por una muestra de 466g de agua que se calienta desde 8.5 °C hasta  74.6 ° C

Formula: Q = mC∆T

Datos

Q=?

m=466g

C = 1 cal/g °C

∆T = T_final – T_inicial  = (74.6 °C – 8.5 °C)

Se toma el valor del calor específico  para la sustancia en este caso el agua (1 cal/g °C).

Sustituyendo datos:

Q = (466g) (1 cal/g °C) (74.6 °C – 8.5 °C)      

Al realizar las operaciones se eliminan las unidades de masa (g) y las  unidades de temperatura °C quedando únicamente calorías

Q =30 802.6 calorias

Revisa el siguiente vídeo donde se explica paso a paso el problema planteado. 

Las reacciones pueden absorber o liberar calor clasificándose en:

Reacción endotérmica.- es aquella reacción que absorbe calor del exterior, los reactivos tienen menor energía que los productos,  por ejemplo,   en la fotosíntesis  que realizan  las plantas se necesita la energía solar para que se pueda  llevar a cabo el proceso.

Reacción exotérmica.- es aquella reacción que libera calor al exterior, aquí los reactivos tienen mayor energía que los productos por lo que desprenden calor  un  ejemplo de este tipo de reacciones es  la combustión. 

Revisa el siguiente video cuestionario Mecanismos de transferencia de calor

 Ahora que has revisado la información resuelve los siguientes ejercicios (consulten la tabla de calores específicos descrita anteriormente para obtener el valor del calor especifico de acuerdo a la sustancia en cada problema, utilicen el valor con la unidad  cal/g °C )

1.- Calcula la cantidad de calor liberado por 30g de aluminio cuando se enfría desde              77 °C hasta 12 °C

2.- Calcula el calor que libera 4 g de hierro sí se enfría desde 50 °C hasta 15 ° C

3.- Calcula el calor absorbido por una muestra de 30g de etanol si se calienta desde                9° C hasta 36 °C

4.- Calcula el calor especifico del estaño si una muestra de 20g se calienta desde                     10 °C hasta 55 °C  absorbe 204. 3 calorías    

Bibliografía

Navarro Herrera Dolores Adriana. (2019). Química II. Naucalpan, Edo. De México: Esfinge

Smith-Van Ness. (1988). Introducción a la termodinámica en ingeniería química. México, D.F: Mc Graw Hill.