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El Indice de Octano en las Gasolinas Importancia y Factores

El Indice de Octano en las Gasolinas: Importancia y Factores

LAS GASOLINAS Y EL ÍNDICE DE OCTANO: La destilación normal del petróleo proporciona un 20 % de gasolina, pero el consumo de este producto es tal que se hace preciso elevar dicho porcentaje hasta el 80 %, a no ser que se oriente el consumo a la utilización de otros carburantes derivados del petróleo, como el gas-oil y el fuel-oil.

Para aumentar el rendimiento del petróleo en gasolina se recurre al craqueo o pirólisis, que consiste en la ruptura de las moléculas largas de hidrocarburos por la acción del calor, pasando de fracciones pesadas a otras más ligeras, es decir, más volátiles.

Las gasolinas son hidrocarburos cuyas moléculas tienen unos ocho átomos de carbono.

Ahora bien, la disposición relativa de éstos átomos de carbono en la molécula, es decir, el que formen cadenas lineales o más o menos ramificadas, tiene una gran importancia para que los respectivos hidrocarburos puedan ser considerados como malas o buenas gasolinas.

Las características que definen una buena gasolina son las siguientes:
1°) volatilidad;
2°) ausencia dé corrosividad;
3°) estabilidad química;
4°) buena carburación;
5°) resistencia a la detonación.

Posiblemente, la más importante de ellas es la resistencia a la detonación, ya que si se dispone de una gasolina muy resistente, pueden utilizarse motores con gran relación de compresión y, por tanto, de gran rendimiento.

Como todos saben, cuando se aumenta mucho la relación de compresión existe el peligro de que se produzca el autoencendido (detonación) de la gasolina antes de que el pistón finalice la carrera de compresión, y también que se produzca la chispa eléctrica en la bujía. Entonces se dice que el motor «pica».

La resistencia de una gasolina a la detonación se expresa en términos del índice de octano, de tal forma que, a mayor índice, mayor resistencia al autoencendido.

La escala de índices de octano se estableció, en su día, arbitrariamente, desde 0 a 100, asignándose el índice de octano 100 a la gasolina constituida exclusivamente por el hidrocarburo isooetano, que era, entre los conocidos entonces, el combustible más resistente a la detonación.

El índice de octano 0 corresponde al n-heptano (cadena lineal de siete átomos de carbono).

RENDIMIENTO DE LAS NAFTASPara determinar el índice de octano de una gasolina se introduce ésta en un motor con culata regulable (para poder variar a voluntad su relación de compresión), y se aumenta la compresión hasta que aquél comienza a picar.

Manteniendo esta relación, se introduce despuésisooetano (índice 100), y, a continuación, n-heptano (índice 0), en cantidades crecientes, hasta que comience de nuevo a picar.

En tal momento, la proporción isooctano-heptano da el índice de octano. Por ejemplo, si el motor comienza a picar cuando se ha introducido 70 % de isooetano y 30 % de n-heptano, el índice de octano será 70.

En la actualidad la tecnología del petróleo ha avanzado tanto qué existen carburantes de índice de octano 120, lo que a primera vista parece absurdo, si no se tiene en cuenta el establecimiento arbitrario de la escala de índices.

Pensando lógicamente, ello sólo quiere decir que dicho carburante es aún mejor que el isooetano. Mejores gasolinas han permitido diseñar motores más eficaces.

Por ejemplo, en el año 1930, la relación de compresión máxima que se podía alcanzar era de 4, lo que permitía un rendimiento a los motores del 40 %; hoy día, es normal una relación de compresión de 7, lo que significa un rendimiento del 55 %.

Entre los factores que influyen en el índice de octano de una gasolina, y cuyo estudio ha permitido la elaboración de mejores combustibles, se encuentran:

1°) El peso molecular del hidrocarburo; cuanto mayor sea el peso molecular, menor será la volatilidad y también el índice de octano. Conviene, pues, emplear gasolinas volátiles, pero no excesivamente, pues formarían tapones de gas en las conducciones (obturación).

2°) La ramificación de la molécula; el aumento de ramificación favorece el índice de octano.

3°) La posición de la ramificación; el índice de octano es mayor cuanto más alejadas estén entre sí las ramas (o cadenas laterales) que salen de la cadena principal del hidrocarburo.

4°) La insaturación; cuanto mayor sea el número de dobles enlaces que unen entre sí los átomos de carbono que forman las moléculas de gasolina, mayor será el índice de octano.

5°) La delación (cadena de gasolina en forma de anillo) también favorece el índice de octano.

6°) La aromatización; un cierto porcentaje de hidrocarburos aromáticos eleva, asimismo, el índice de octano.

7°) Ciertos aditivos, como el plomo tetraetilo, elevan el índice de octano de las gasolinas medianas, pero no tienen casi influencia sobre las malas.

Cientificos NAZI Alemanes en Argentina Peron y La Ciencia Alemana

Científicos NAZI Alemanes en Argentina
Perón y La Ciencia Alemana

CIENTÍFICOS ALEMANES MAS POPULARES:

1-Friedrich Bergius

2-Kurt Tank

3-Joseph Mengele

4-Ronald Richter

5-Karl P. Vaernet

El éxito del poder alemán en la Segunda Guerra Mundial fue debido al aporte de destacados científicos alemanes, grandes científicos, reconocidos con distinciones y premios Nobel, que a través de sus ideas y sus logros pudieron seducir a Hitler para conseguir la autarquía nacional y ese “espacio vital” tan ansiado por el líder para sacar a Alemania del estancamiento económico. (La célebre I.G. Farben, un gran conglomerados de 2000 empresas alemanas, era el centro de trabajo de estas eminencias científicas.)

Alemania no consiguió el triunfo buscado, pues perdió la guerra y quedó totalmente desbastada, pero todos estos científicos pudieron investigar durante el conflicto usando la “materia prima” que los campos de concentración, les proveía, pues millones de judíos fueron utilizados para todo tipo de inhumanos y crueles experimentos en “pos de la ciencia y del progreso alemán”. Crearon armas espantosas y perfeccionaron la limpieza étnica, consiguiendo por ejemplo el “mejor” gas para la eliminación sistemática de todos los deportados.

cientificos nazi en argentina

Mas tarde en los juicios de Nuremberg, muchos de ellos se sentaron en el banco de los acusados y fueron procesados, pero los castigos fueron mínimos y a corto plazo liberados. Aún así muchos quedaron libres y otros lograron huir antes de la finalización de la guerra, y una gran mayoría consiguió importantes empleos, pues las potencias aliadas a través de planes secretos (como el Proyecto Paperclip, de EE.UU.) los acogió y protegieron en sus países como los mejores hombres de ciencia.

Un grupo de ellos consiguió un lugar en Argentina, al amparo de Juan D. Perón, y los mas destacados de ellos fueron Friedrich Bergius, Premio Nobel de Química, uno de los responsables de l.G. Farben, que colaboró activamente en la redacción del Primer Plan Quinquenal del peronismo; a Ronald Richter, que prometió llevar al país a la vanguardia de la energía atómica y sólo logró ridiculizarlo y gastar preciosos recursos; a Kurt Tank, que apuntó a lo mismo en el plano de la aviación, con similares resultados; a Joseph Mengele, el médico de la muerte, que simplemente vivió en paz durante más de una década, con la anuencia local pero también del gobierno de Alemania, que lo persiguió tarde y mal, y que pidió su captura justo después de que hubiera escapado.

Dice al respecto Carlos De Nápolis en su libro «Los Cientificos Nazis en Argentina«, lo siguiente:

Las rutas de escape
Son muchos los autores que adjudican a Perón haber traído al país a todo tipo de criminales nazis. Sin embargo, durante el período donde escaparon los nazis más importantes, es decir en 1945, no era Perón el presidente de la República Argentina, sino Edelmiro Julián Farrell. Egresado del Colegio Militar en 1907, con el título de Subteniente de Infantería, Farrell permaneció en un regimiento alpino italiano entre 1924 y 1926.

De regreso a Argentina, y tras ejercer como Ministro de Guerra y Vicepresidente cíe la nación bajo el gobierno del General Pedro Pablo Ramírez, que había derrocado a Arturo Rawson, lo depuso a su vez para ejercer de facto como Presidente de la Nación desde el 25 de febrero de 1944 hasta el 4 de junio de 1946. En julio de 1945 Farrell convocó a elecciones presidenciales para 1946 en las que resultó electo como nuevo jefe de Estado Juan D. Perón. Es decir, en el período más intenso de fugas de jerarcas nazis, Juan Domingo Perón no tenía ni siquiera suficiente ascendencia sobre las Fuerzas Armadas. Estas cuestiones no pueden soslayarse cuando se habla del supuesto «dominio en las sombras» que ejercía Perón sobre sus camaradas.

Llegada de submarinos nazis a la República Argentina
La llegada de submarinos nazis a la Argentina meses después de la rendición de Alemania constituye aún hoy uno de los episodios más controvertidos en la historia del país.

El 10 de julio de 1945, se entregó en la base de submarinos de Mar del Plata el sumergible nazi U-530 al mando de Otto Wermuth, mientras que el 17 de agosto hizo lo propio el U-977 al mando de Heinz Scháffer. La noticia recorrió el mundo dando pie a numerosas versiones oficiales y extraoficiales sobre la fuga de los más altos jerarcas del Reich.

Que la fuga en submarinos se estaba llevando a cabo era un hecho conocido oficialmente tanto por los Estados Unidos como por la Unión Soviética. En ambas naves faltaba tripulación. De tal forma, pudo calcularse que al menos 50 jerarcas arribaron a las costas patagónicas.

En publicación del 18 de agosto de 1945, The New York Times informa que el cónsul nazi en España, Willy Koehn, había descendido del U-530 en la Patagonia argentina.

De todas formas, resulta extraordinario que en el azaroso viaje, cuando la guerra en Europa había finalizado, estos submarinos atacaran a una serie de barcos y aviones Aliados causando centenares de muertes ante el silencio cómplice de los mismos. Cuando el U-977 torpedeó arteramente al crucero brasileño Bahía, causó más de 300 muertes. Derribaron luego un avión estadounidense cerca de las Azores y otro en las cercanías de las islas de San Pedro y San Pablo.

CIENTÍFICOS NAZI EN ARGENTINA (ver su historia en el cuadro de arriba)
bergiustankmengele
Friedrich Bergius
Premio Nobel de Química en 1930. Obtenía petróleo a partir de la hidrogenación del carbón
Kurt Tank
Constructor de aviones a reacción. Experimentó con el PULQUI II. Un fracaso nacional.
Joseph Mengele
Médico famoso por sus crueles experiencias con los prisiones de los campos de concentración.
RichterVaernet Karl
Ronald Richter
Aseguró controlar el método de la fusión nuclear y todos sus experiencias fracasaron.
Karl P. Vaernet
Famoso por sus castraciones masivas de homosexuales a los efectos de cambiar su naturaleza. Fracaso total

Una vez terminada la contienda mundial , los servicios secretos de los países vencedores se disputaron palmo a palmo las fábricas del III Reich y a los hombres que habían trabajado en ellas. Estos eran trasladados a Inglaterra y sometidos a extensos interrogatorios para posteriormente ofrecerles trabajo en sus respectivos países.

Los soviéticos fueron muy activos en la búsqueda; a bordo del inconcluso portaaviones GrafZeppelin trasladaron fábricas enteras y modelos terminados hacia la URSS. En realidad ella era la nación más retrasada entre los vencedores y no tenía mucho tiempo que perder. Los resultados pronto estuvieron a la vista: al comenzar la guerra en 1941 sólo fabricaban aviones mediocres, en 1948 ya eran vanguardia en materia aeronáutica, además pusieron un hombre en el espacio antes que los mismos americanos. El profesor Gunter Bock y el doctor Goettrup fueron, tal vez, los mejores científicos alemanes con los que pudo contar la URSS.

Los EE.UU. eran un país más atractivo que la URSS y con mayores disponibilidades económicas. De esta manera pudo contar con la colaboración de importantísimos científicos, entre los que se destaca el famoso Werner von Braun y su equipo de la isla Peenemunde, quien se convirtió sin dudas en el padre del proyecto espacial americano.

Von Braun

Werner von Braun

Gran Bretaña y Francia también pudieron contar con los servicios de los técnicos alemanes; esta última nación se vio favorecida asimismo por haberle quedado algunas fábricas en su territorio.

Durante su primer gobierno Perón reserva un capítulo muy especial para el desarrollo aeronáutico en el Primer Plan Quinquenal de Gobierno.

Con parte de la inconvertible deuda británica, el gobierno justicialista dota a la nueva Fuerza Aérea Argentina con un poderoso parque aéreo compuesto por 100 cazas a reacción dosier Meteor, 36 bombarderos estratégicos Avro ¡Incoln y una gran cantidad de aeronaves de entrenamiento, transporte y turismo. También promueve la creación, a través de la Secretaría de Aeronáutica, de líneas aéreas comerciales de capital mixto para establecer nuevas rutas de cabotaje a distintos puntos del país.

Si bien desde hacía muchos años existía en la provincia de Córdoba la Fábrica Militar de Aviones (FMA), ésta no contaba con muchos especialistas y durante la guerra había tenido que suspender la construcción bajo licencia del primer modelo totalmente metálico, el caza americano Curtiss Hawk 750 por falta de insumos.

En esos momentos en la FMA se estaba construyendo un entrenador de madera, el IAe-22 DL, con motor de fabricación nacional IAe-16 «El Gaucho» de 9 cilindros radiales y 450 CV de potencia. En otra etapa de desarrollo se encontraba el bimotor de ataque, también de madera, IAe-24 «Calquín».

Con este panorama, la Secretaría de Aeronáutica promueve la creación del Instituto Aerotécnico, con la finalidad de «diseñarlos aviones que el País necesite» y que «con la menor cantidad de aviones, se logre un máximo de propósitos». En sus estatutos fundacionales, el IA reglamenta claramente la contratación de técnicos extranjeros y la especialización de los argentinos fuera del país.

El primer ingeniero aeronáutico llegado a la Argentina fue el francés Emile Dewoitine, Nacido en Crépy en 1897, llegó a poseer una fábrica propia (Avions Dewoitine) en la que llegó a producir aviones de combate y transporte. En la Argentina era conocido, ya que en la década de los treinta nuestra Fábrica Militar de Aviones le había adquirido una licencia para fabricar el caza Dewoitine D-21.

Luego de la invasión alemana a Francia, Emile Dewoitine trabajó para el gobierno de Vichy. Esta determinación trajo como consecuencia que el general De Gaulle, cuando pisó su patria lugo de Normandía, prometiera fusilarlo.

Dewoitine emigró a España, y allí tomó contacto con un viejo amigo argentino, el ingeniero Taravella, a quien conocía desde los tiempos de la adquisición de la licencia. Fue a través del mismo Taravella que el gobierno argentino le ofreció la posibilidad de construir un caza a reacción.

Dewoitine aceptó el ofrecimiento y concretó junto a técnicos argentinos el avión IAe-27 Pulqui en 1947, que equipado con una turbina Rolls Royce «Derwent», convirtió al país en el octavo del mundo en tener un jet propio y el sexto en ese momento (Alemania y Japón tenían prohibición de fabricar aviones). El ingeniero francés trabajó para un ambicioso proyecto hasta la llegada de los técnicos alemanes, quienes traían consigo un proyecto muy superior.

Kurt Tank abre el camino al contingente alemán

A fines de 1946, el gobierno argentino es informado de que existe interés por parte de algunos científicos alemanes de viajar a la Argentina, país que poseía una interesante fábrica de aviones. De inmediato, las autoridades de aeronáutica crean una red de agentes secretos en Europa con la finalidad de sacar a técnicos y científicos que quisieran trabajar en nuestro país.

El primero en recibir y aceptar el ofrecimiento argentino fue el profesor Kurt Tank, quien cansado de soportar a los agentes aliados y rechazar propuestas, logra huir a Dinamarca, no sin antes superar peligrosos contratiempos. En el país nórdico, Tank y otros dos colegas son entregados al cónsul Muret, quien les otorga pasaportes argentinos con nombres supuestos.

Kurt Tank era un excelente director de equipo y piloto de pruebas. Había dirigido durante la guerra la famosa fábrica de aviones Focke Wulf de Breraen, siendo sus productos más destacados el famoso caza FW-190, uno de los pilares del arma de caza alemana, el cuatrimotor Fw-200 Cóndor, teniendo al concluir la guerra el desarrollo del caza jet  con alas en flecha, el Focke Wulf TA 183.

A pocos días de haber llegado a Buenos Aires Tank se reúne con Perón, a quien le entrega un memorándum con los requerimientos que a su juicio necesitábala Argentina en materia de aeronáutica y en particular la FMA. El ingeniero alemán propuso a Perón la construcción de cuatro tipos de aeronaves, un caza a reacción, un entrenador primario, un avión de reconocimiento y un bombardero para la Fuerza Aérea. Además, ante la observación de la geografía argentina y el auge de la aviación comercial, recomendó la construcción de un avión jet de pasajeros.

La concreción más espectacular de este equipo, que incorporaba a los técnicos y obreros argentinos, fue sin duda el caza a reacción con alas en flecha IAe-33 Pulqui II, que colocó a la Argentina en una vanguardia tecnológica que entonces sólo poseían los EE.UU., la URSS y Suecia, aventajando a países como Inglaterra y Francia.

En forma independiente al grupo Tank, llegó al país en 1948 el doctor Reimar Horten, quien, escapando por Suiza, pasó a Italia y allí tomó contacto con autoridades argentinas y viajó a nuestro país con un pasaporte del Vaticano en una aerolínea estatal. Al terminar la guerra, Horten desarrollaba en su fábrica de Gottingen un caza birreactor, el Gotha Ho-222, de revolucionario diseño, ala volante sin cola.

Argentina atómica

Otra figura relevante fue sin dudas el físico nuclear austríaco Ronald Ritcher —famoso por la planta nuclear de la isla Huemul— que trabajó en campos de la ciencia donde el país estaba rezagado. Ritcher fue recomendado a Perón por el mismo Kurt Tank.

Ellos se habían conocido en 1946 en Londres, en las épocas en que los responsables del desarrollo tecnológico alemán eran sometidos a intensos interrogatorios. En aquella oportunidad habían conversado de la factibilidad de realizar un avión a propulsión nuclear. Fue en la Argentina que ambos comprobaron la inviabilidad técnica del proyecto por tener que aislar al reactor con gruesas y pesadas paredes de plomo.

Ritcher comenzó sus tareas en un hangar de la FMA, pero debido a lo riesgoso de sus experimentos solicitó a las autoridades mudar su lugar de trabajo. Luego de recorrer por aire todo el país, eligió para montar su laboratorio la pequeña isla Huemul, frente a la ciudad de Bariloche. En ese lugar, y con un abultado presupuesto, comienza a investigar en campos vírgenes en materia nuclear con la finalidad de obtener energía eléctrica a bajo costo y un motor nuclear para ser utilizado en submarinos.

El 24 de marzo de 1951, el presidente Perón llama a conferencia de prensa en la Casa Rosada y anuncia; «El 16 de marzo de 1951, en la Planta Piloto de Energía Atómica en la isla Huemul, de San Carlos de Bariloche, se llevaron a cabo reacciones termonucleares bajo condiciones de control en escala técnica».

Robald Rirchet

La noticia corrió como un reguero de pólvora por el mundo entero. ¡Un país sudamericano había llegado a la fusión nuclear! Pero tiempo después, se descubrió que Ronald Ritcher había realizado sus conclusiones erróneamente a partir de una lectura defectuosa de un aparato de medición. De cualquier manera, la famosa isla Huemul se convirtió en un símbolo lleno de misterios, millones invertidos y sin dudas un importante envión del desarrollo nuclear argentino futuro.

Perón jamás perdonaría a Ritcher el papelón mundial que pasó con aquella declaración. Ritcher ocupó el lugar que debería haber correspondido al premio Nobel de Física Werner Heisemberg, quien luego de haber aceptado la invitación de las autoridades argentinas finalmente nunca llegó al país.

Puede leer mas sobre estas historia en el cuadro superior en flash

Fuente Consultada:
Los Científicos NAZI en la Argentina Carlos De Nápoli
Revista Mensual Todo Es Historia N°334 Año 1995 Nota de Ricardo Burzaco

Cantidad de Calor Concepto de Caloria Equivalente Mecanico Joule

CONCEPTO DE CANTIDAD DE CALOR, CALORÍA, EQUILIBRIO TÉRMICO Y EL EQUIVALENTE MECÁNICO

Temas Tratados:

1-Introducción Elemental
2-Temperatura y Cantidad de Calor – Ejemplos-
3-La Caloría-Definición
4-Calor Específico
5-Tabla de Calores Específicos
6-Ejemplos Simples
7-Equivalente Mecánico del Calor
8-Medición del Calor Específico

INTRODUCCIÓN ELEMENTAL:

Cuando dos sistemas a diferentes temperaturas se ponen en contacto, la temperatura final que alcanzan ambos sistemas tiene un cierto valor comprendido entre las dos temperaturas iniciales. Esta es una observación común.

El hombre ha tratado desde hace mucho de encontrar una interpretación a fondo de tales fenómenos. Hasta principios del siglo XIX, se explicaban estos fenómenos admitiendo que en todos los cuerpos existía una sustancia material, llamada calórico.

Se creía que un cuerpo a elevada temperatura contenía más calórico que otro a baja temperatura. Cuando los dos cuerpos se ponían en contacto, el cuerpo rico en calórico comunicaba algo de esa sustancia al otro, hasta que ambos cuerpos alcanzaban la misma temperatura.

La teoría del calórico podía describir muchos procesos, tales como la conducción del calor o la mezcla de sustancias en un calorímetro, de una manera satisfactoria.

Sin embargo, el concepto de calor como sustancia, cuya cantidad total permanecía constante, a la larga no pudo resistir la prueba de los experimentos.

No obstante, todavía describimos muchos cambios de temperatura comunes como el paso de «algo» de un cuerpo que está a mayor temperatura al que se encuentra a menor temperatura, y a este «algo» le llamamos calor.

Una definición útil pero no operacional, es la siguiente: Calor es aquello que se comunica entre un sistema y su medio ambiente como resultado únicamente de la diferencia de temperaturas

A la larga se llegó a entender que el calor es una forma de la energía y no una sustancia. La primera prueba conclúyeme de que el calor no podía ser una sustancia fue dada por Benjamín Thompson (1753-1814), un norteamericano que más tarde llegó a ser Conde Rumford de Baviera. En una memoria presentada ante la Royal Society  en 1798 escribió:

Yo…estoy persuadido, de que el hábito de conservar los ojos abiertos a todo lo que ocurre en el curso ordinario de las cosas de la vida ha conducido, como si fuera por accidente, o en las excursiones juguetonas de la imaginación. ..a dudas útiles y a esquemas valiosos de investigación y mejora, más a menudo que las más intensas meditaciones de los filósofos, en las horas que expresamente se dedican al estudio. Fue por accidente que me vi conducido a hacer los Experimentos de los cuales voy a dar cuenta.

Rumford hizo su descubrimiento mientras estaba supervisando la perforación de cañones para el gobierno bávaro. Para impedir que se sobrecalentara, el alma del cañón se conservaba llena de agua.

El agua se reponía conforme se iba evaporando durante el proceso de taladrado. Se aceptaba que era calórico lo que tenía que proporcionarse al agua para ponerla a hervir.

La producción continua de calórico se explicaba admitiendo que cuando una sustancia se subdividía en partículas más y más finas, que es lo que ocurre al taladrar, su capacidad para retener calórico se hacía cada vez más escasa, y que era el calórico desprendido de esta manera lo que motivaba que el agua hirviera.

Sin embargo, Rumford observó en experimentos específicos, que el agua hervía aun cuando los útiles para taladrar quedaban tan embotados que ya no cortaban ni subdividían la materia.

Escribió después de eliminar por los experimentos todas las interpretaciones posibles del calórico:

…al razonar sobre este asunto, no debemos olvidar el tener en consideración esta circunstancia tan notable, que la fuente de Calor generado por rozamiento, en estos Experimentos, parecía evidentemente ser inagotable… me parece extremadamente difícil, si no totalmente imposible, formarse una idea clara de alguna cosa capaz de ser excitada v comunicada en la forma como el calor era excitado y comunicado en estos Experimentos, como no sea el MOVIMIENTO.

Aquí tenemos el germen de la idea de que el trabajo mecánico gastado en el proceso de taladrado era el responsable de la creación  del calor.

La idea no fue claramente expresada, sino hasta mucho tiempo después, por otros investigadores.

En lugar de la continua desaparición de energía mecánica y la continua creación de calor, no obedeciendo ninguna a ningún principio de conservación, se vio entonces todo el proceso como una transformación de energía de una forma en otra, conservándose la energía total.

Aun cuando el concepto de energía y de su conservación parece autoevidente hoy en día, era una idea novedosa todavía en los años de 1850 y había escapado a mentes tales como las de Galileo y Newton.

En la historia subsecuente de la física, esta idea de conservación condujo a los hombres a nuevos descubrimientos. os primeros pasos de su historia fueron notables por muchos conceptos. Diversos pensadores llegaron a este gran concepto aproximadamente al mismo tiempo; al principio, todos ellos o fueron recibidos fríamente o no se les hizo caso.

El principio de la conservación de la energía fue establecido independientemente por Julius von Mayer (1814-1878) en Alemania, James Joule (1818-1889) en Inglaterra, Hermann von Helmholtz (1821-1894) en Alemania, y L. A. Colding (1815-1888) en Dinamarca.

Fue Joule quien demostró experimentalmente que al convertir una cantidad dada de energía mecánica en calor, siempre se produce la misma cantidad de calor. Así fue definitivamente establecida la equivalencia del calor y la energía mecánica como dos formas de energía.

Helmholtz fue quien primero expresó claramente la idea de que no sólo el calor y la energía mecánica son equivalentes sino que todas las formas de energía lo son, y que no puede desaparecer una cantidad dada de una forma de energía sin que aparezca una cantidad igual en alguna de las otras formas.

Conde Rumford

Rumford, un norteamericano, fue el fundador de la Royal Institucion de Londres.
Por otra parte, la Smithsonian Institution en Washington debe su origen a un inglés.

Temperatura y cantidad de calor. Su diferenciación mediante ejemplos:

Para calentar 10 Kg. de agua desde 20°C hasta 100°C, por ejemplo, hace falta quemar una cantidad mayor de gas que para calentar 2kg de agua entre las mismas temperaturas.

Si se dispone del mismo «fuego» en ambos casos, el calentamiento de los 10 Kg. requerirá más tiempo durante el cual, claro está, se consumirá mayor cantidad de gas. También se puede utilizar un mechero que consuma mayor cantidad de gas en la unidad de tiempo.

Si tenemos un fósforo encendido, podemos con él producir la ignición de un papel. Con 5 Kg. de agua a 50°C podemos calentar en unos cuantos grados una pieza de cobre de 10 Kg. Pero no podemos con ella encender un trozo de papel ni con el fósforo calentar apreciablemente la masa de cobre.

Observaciones de este tipo han llevado a la conclusión de que en los fenómenos térmicos la temperatura desempeña un papel importante; pero hay algo más que no puede ser caracterizado por ella. Esta conclusión unida a otras ha llevado a admitir que, cuando un cuerpo dado se enfría, pierde (entrega o cede) una cantidad de calor y que cuando se calienta, recibe (absorbe o toma) una cantidad de calor.

Por razones que no es del caso exponer aquí, ha sido necesario admitir que la cantidad de calor que intercambia un cuerpo cuando su temperatura varía, es proporcional a la masa del cuerpo y a la diferencia entre las temperaturas final e inicial del calentamiento o enfriamiento.

La constante de proporcionalidad depende del material que forma el cuerpo, como veremos enseguida.

Si un cuerpo (o varios) se enfría (o enfrían) en contacto con otro (u otros) que se calienta (o calientan) y no se produce cambio alguno en el estado de los cuerpos ni otras transformaciones, fuera de los calentamientos y enfriamientos, la cantidad de calor que pierden los cuerpos que se enfrían es igual a la cantidad de calor que reciben los cuerpos que se calientan.

Todo sucede como si la cantidad de calor intercambiada saliese de los cuerpos que se enfrían y pasase íntegramente a los cuerpos que se calientan.

¿Qué es el calor?

A nivel microscópico, como ya lo hemos explicamos cuando hablamos de temperatura, todas las moléculas de un sistema físico se encuentran en continuo movimiento; en el caso de los sólidos se trata de una vibración en torno a una posición de equilibrio y en el de los gases es un movimiento aleatorio.

Este movimiento de las partículas tiene asociada una energía cinética, que debe clasificarse en dos tipos diferentes: la correspondiente al movimiento del sistema en su conjunto y la que corresponde al movimiento de unas partículas con respecto a otras.

La suma de las energías cinéticas de todas las partículas de un cuerpo es llamada energía interna o térmica, y su aumento o disminución lo apreciaremos a través de la temperatura.

El calor es una forma de energía, y la energía calórica de un cuerpo es la suma de las energías cinéticas de sus moléculas. Esta interpretación permite formarnos una imagen clara de lo que ocurre cuando ponemos en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas: pasa energía de las moléculas de uno a las del otro, mediante la interacción de choques o de atracciones, hasta que las energías cinéticas medias se igualan (o sea, se igualan las temperaturas).

Así se comprende que los gases de la llama de un fósforo tengan temperatura mayor que una olla de agua caliente, pero menor cantidad de calor, o sea, menor cantidad de energía.

Cantidad de calor : La Caloría

La unidad de cantidad de calor Q se define cuantitativamente en  función de un cierto cambio producido en un cuerpo durante un proceso especificado. Así, si se eleva la temperatura de un kilogramo de agua de 14.5 a 15.5°C calentándolo, decimos que se ha agregado al sistema una kilocaloría (Kcal.).

La caloría (= 10-3 Kcal.) se usa también como unidad de calor. (Entre paréntesis, la «caloría» que se usa para medir el contenido de energía de los alimentos es en realidad una kilocaloría.)

En el sistema inglés de unidades de ingeniería la unidad de cantidad de calor es la British thermal unit (Btu), que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua de 63 a 64°F.

Las temperaturas de referencia se estipulan porque, en la vecindad de la temperatura ambiente, hay pequeñas variaciones en la cantidad de calor necesaria para producir una elevación de un grado según sea el intervalo de temperatura escogido.

No tomaremos en cuenta esta variación para la mayoría de los fines prácticos. Las unidades de cantidad de calor están relacionadas como sigue: 1.000 Kcal. = 1.000 cal = 3.968 Btu = 4186 joules.

En base a la definición anterior si tenemos una masa de agua de 450 g de la cual sabemos que se calienta de 15°C a 30°C. Por cada gramo y por cada grado centígrado, esa masa de agua toma una caloría.

Como las cantidades de calor son proporcionales a la masa de los cuerpos que se calienta y a la diferencia de temperatura (final menos inicial), en el ejemplo dado el agua habrá tomado 1 cal g-1 C-1 X 450 g X (30 —15) °C = 675 cal. (Hacemos notar que el cal es el símbolo de caloría.)

Si la misma masa de agua se hubiese enfriado de 30°C a 15°C hubiese cedido esa misma cantidad de calor.

El resultado del cálculo sería -675 cal, pues la diferencia entre paréntesis hubiese sido (15—30). Si el calentamiento del agua se hubiese producido en contacto con un cuerpo de masa m cuya temperatura hubiese variado entre ti y 30° (la temperatura final es la misma, ya que suponemos que el agua y el cuerpo llegan a un equilibrio térmico), el cuerpo en cuestión hubiese cedido al agua (él hubiese perdido, entregado) una cantidad de calor dada por la expresión de proporcionalidad:

Q – c . m . (ti-30)

Q es el símbolo general para cantidades de calor. Ahora bien, la masa de agua es el único cuerpo que se calentó y la cantidad de calor calculada para el calentamiento del agua es la misma que entregó el cuerpo al enfriarse. Por esta causa dijimos que estábamos en presencia de una manera de medir cantidades de calor.

La constante de proporcionalidad, c, que aparece en la última fórmula no es otra cosa que el calor específico del cuerpo o material de que se trate. Su definición es la cantidad de calor necesaria para aumentar en 1°C la temperatura de 1 g del material que forma el cuerpo. Si comparamos esta definición con la de caloría, veremos que el calor específico del agua es 1 cal/g (grado C).

El calor específico de una sustancia, ce, es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de un kilogramo de dicha sustancia. Se mide en J/(kg . K) en el SI. También se puede expresar en cal/(Kg . °C).

La cantidad de calor necesaria para que una masa m de una sustancia aumente su temperatura desde T1, hasta T2 se expresa entonces así: Q = m . ce . (T2 — T1) = m. ce. ▲T

(▲T): se lee delta T , es la variación de la temperatura, y equivale a la temperatura final menos la temperatura inicial.

TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS

Sustancia  c.e. (Cal./Kg./°C) c.e. (J./Kg./°K)
Aluminio210878
Cobre 90375
Hierro110460
Plomo30125
Mercurio30125
Plata 60250
Latón90375
Vidrio160667
Arena200835
Hielo500120
Agua Pura10004180
Agua de Mar9403900
Alcohol Etílico5502400
Glicerina5802420
Trementina4201750
Aceite4001670
Vapor de Agua4601920
Carbono121500
Wolframio32135

Para pasar de (cal./Kg./°C) a Kcal. se multiplica por 1000. Lo mismo si se quiere pasar de Kg. a gr. se divide por 1000. También de Cal. a Joule (J.) divide por 0,24. Si divide para el aluminio los 210 por 0,24
se obtiene en Joule, 878.

EJEMPLOS:

• ¿Que cantidad de calor se necesita para elevar la temperatura de 50 gr. de cobre desde 18°C. hasta 98°C?

▲T=98-18 = 80°C

El calor específico del cobre es de 0,09 cal./gr./° C. La masa m = 50 gr., el calor específico s = 0,09 = 9:100 cal./gr./° C, la variación de temperatura es  = 80° C. La cantidad de calor es Q = m x s x t = 50 X 9:100 x 80 = 360 calorías.

De la definición de caloría (cantidad de calor que se necesita para elevar la temperatura de 1 g. de agua en 1° C), se deduce que el calor específico del agua es de 1,00 cal./gr.° C. Éste es el mayor calor específico de todas las sustancias ordinarias. Es, por ejemplo, unas 5 veces mayor que el calor específico de la arena. Para producir el mismo aumento de temperatura, el agua absorbe una cantidad de calor 5 veces mayor que una masa igual de arena. Esto explica por qué el mar tarda más en calentarse, durante el día, que una playa de arena; y por qué la arena de la playa se enfría más rápidamente al llegar la noche.

• ¿Cuánto calor es necesario para aumentar en 25 °C (a temperatura de 3 Kg. de agua?
Suponemos que no hay cambios de estado:

formula cantidad de calor

La cantidad de calor pedida depende únicamente de la masa y del aumento de temperatura, para el caso del agua.


• Introducimos una barra de aluminio, de 0,2 Kg., a 80 °C en un vaso con 0,25 Kg. de agua a 20 °C. Calcular la temperatura final, suponiendo que no hay pérdidas de calor con el ambiente.

Cuando se alcance el equilibrio térmico ambos estarán a la misma temperatura. El aluminio cede calor (Qc) y disminuye su temperatura:

formula cantidad de calor

El agua absorbe calor (Qa) y aumenta su temperatura:

formula cantidad de calor

Si no hay pérdidas de calor se cumple que: el calor cedido (negativo) por la barra de aluminio es igual al absorbido (positivo) por el agua.

Un bloque de cobre de 75 g, se saca de un horno, y se echa en un depósito de vidrio de 300 g que contiene 200 g de agua. La temperatura del agua se eleva de 12 a 27°C. ¿Cuál era la temperatura del horno?

Este es un ejemplo de dos sistemas que se encontraban originalmente a diferentes temperaturas y que alcanzaron el equilibrio térmico después de ponerse en contacto. No interviene energía mecánica, sólo hay un intercambio de energía calorífica. Por consiguiente:

formula cantidad de calor

El subíndice C representa al cobre, G al vidrio y W al agua. La temperatura inicial del cobre es Tc, la temperatura inicial del agua del depósito es Tw, y la temperatura final de equilibrio es Te. Sustituyendo los valores dados, con Cc=0.093 cal/g C, Cg = 0.12 cal/g C°, y Cw = 1.0 cal/g C°, obtenemos:

Equivalente mecánico del calor

Si el calor no es sino otra forma de la energía, cualquier unidad de energía puede ser una unidad de calor. La caloría y el Btu se originaron antes de que fuera aceptado generalmente que el calor es energía. Fue Joule quien primero midió cuidadosamente el equivalente en energía mecánica de la energía calorífica, esto es, el número de joules equivalente a 1 caloría, o el número de pies-libras equivalente a 1 Btu.

El tamaño relativo de las «unidades caloríficas» y de las «unidades mecánicas» se puede encontrar efectuando experimentos en los cuales una cierta cantidad medida de energía mecánica se convierte completamente en una cantidad medida de calor. Joule usó originalmente un aparato en el cual unas pesas que caían hacían girar un conjunto de aspas en un recipiente con agua  La pérdida de energía mecánica se calculaba conociendo los pesos y las alturas

aparato de Joule

 Aparato de Joule para medir el equivalente mecánico del calor.
Las pesas que caen hacen girar las aspas que agitan el agua en el recipiente, elevándole su temperatura

de las cuales caían y la ganancia de energía calorífica, determinando el equivalente en agua del conjunto y su elevación de temperatura. Joule deseaba demostrar que se obtendría la misma cantidad de energía calorífica al consumir una cierta cantidad dada de trabajo independientemente del método seguido para producir el trabajo.

cientifico jouleProducía calor agitando mercurio; frotando entre sí anillos de hierro en un baño de mercurio; convirtiendo energía eléctrica en calor en un alambre sumergido en agua; y de otras formas. Siempre coincidía la constante de proporcionalidad entre la cantidad de calor producido y la cantidad de trabajo ejecutado dentro de su error experimental de 5%.

Joule no disponía de los termómetros exactamente comparados que tenemos en la actualidad, ni podía hacer correcciones tan seguras de las pérdidas de calor del sistema como es posible hacerlo ahora.

Sus experimentos originales son notables no sólo por la habilidad e ingenio que mostró sino también por la influencia que tuvieron para convencer a los hombres de ciencia de todas partes, de lo correcto del concepto de que el calor es una forma de la energía.

Los resultados aceptados son:

1 kcal = 1 000 cal = 4 186 joules,
1 Btu = 252.0 cal = 777.9 pies Ib;

esto es, cuando se convierten en calor 4 186 joules de energía mecánica, elevan la temperatura de 1 Kg. de agua de 14.5 a 15.5°C.

En calorimetría moderna las cantidades de calor se miden casi siempre la función de la energía eléctrica proporcionada a un baño de agua al hacer pasar una corriente por una resistencia que se encuentra dentro del baño; raras veces se miden observando la elevación de temperatura de un baño de agua. Así pues, la unidad práctica lógica de calor es el joule (1 joule = 1watt-seg) y de hecho es la que se adoptó como unidad internacional aceptada jara el calor por la Novena Conferencia General de Pesas y Medidas (1948). De hecho, en la práctica moderna de los laboratorios, la caloría (o la kilocaloría) si se usa mucho ni se necesita. Sin embargo, está profundamente metida en !a literatura científica. Para permitir el seguir usando esta unidad familiar —-pero para reconocer la importancia práctica del joule— a menudo se define una nueva kilocaloría, la kilocaloría termoquímica: 1 Kilocaloría=4184.0vjoules (exactamente)

Medida del color específico del aluminio, por el método de las mezclas. El aluminio se calienta en agua hirviendo, y luego se sumerge en el agua fría del calorímetro. El calor ganado por el agua fría y el calorímetro puede calcularse, y es igual a Q, el calor cedido por la masa m de aluminio. El calor específico s del aluminio puede deducirse de la ecuación Q= m . s . ▲T(observación: en este ejemplo s=ce el calor específico del material)

MEDIDA DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN SÓLIDO

Este experimento ofrece un ejemplo del llamado «método de las mezclas». Está basado en el hecho de que el calor que pierde un cuerpo caliente lo gana un cuerpo más frío. El experimento será correcto si se toman las precauciones necesarias para que no haya pérdidas de calor fuera del aparato.

calorimetro metodo de las mezclas

La parte principal del aparato es el «calorímetro», un recipiente de cobre con paredes de poco grosor (el cobre tiene un bajo calor específico y, por lo tanto, una pequeña capacidad para absorber calor) que debe estar muy bien pulido, para evitar las pérdidas de calor por radiación.

El calorímetro se coloca sobre un soporte de corcho (un mal conductor de! calor), en el interior de un recipiente mayor, que sirve de protección contra los cambios en la temperatura exterior. Normalmente, e! calorímetro se cierra con una tapadera que lleva un termómetro, esencial para todos los experimentos de medidas de calor. A través de la tapadera pasa también una varilla de cobre, con la que puede removerse el contenido de’, calorímetro.

Supongamos que queremos calcular el calor específico del aluminio por el método de las mezclas. Se pesa la muestra de aluminio, así como e! calorímetro vacío con su agitador. Luego se llena el calorímetro con agua hasta la mitad, y se pesa de nuevo, para calcular la masa de agua que contiene, por la diferencia entre las dos pesadas. El aluminio se calienta, sumergiéndolo en un vaso con agua en ebullición.

La temperatura de! agua hirviendo será la temperatura inicial del aluminio. Mientras se calienta el aluminio, se mide la temperatura del agua fría en el calorímetro. Luego, el aluminio caliente se transfiere muy rápidamente al calorímetro (procurando no llevar agua caliente con él).

El agua del calorímetro se agita, para igualar la temperatura del agua, y se anota la temperatura más alfa que alcance el termómetro. Antes de averiguar el calor específico (s) del aluminio, hay que realizar las siguientes medidas. Con ellas, y el calor específico del cobre y del agua, que son factores conocidos, no necesitamos más datos.

Masa del aluminio = 10 gr.
Masa del calorímetro vacío = 50 gr.
Masa del agua en el calorímetro = 80 gr.
Temperatura Inicial del aluminio = 99,5° C.
Temperatura inicial del calorímetro = 17,5° C.
Temperatura final del aluminio y del calorímetro = 19,5° C.
Calor específico del cobre = 0,09 cal./gr./° C.
Calor específico del agua = 1 cal./gr./° C.

Utilizando estos datos, se hacen los siguientes cálculos:
Disminución de temperatura de los 10 gr. de aluminio = 99,5—19,5 = 80°C.

Por tanto, e! calor perdido por el aluminio es Q= m .c. ▲T = 10 . s . 80 — = 800 x s calorías.

Elevación de temperatura de! calorímetro de cobre = 19,5 – 17,5 = 2°C.

Por lo tanto, la cantidad de calor Q ganada por e! calorímetro es: Q=m. s. ▲T=50 . 0,09 X 2 = 9 calorías.

Como la elevación de temperatura de! agua del calorímetro es también 19,5— 17,5 = 2°C, la cantidad de calor ganada por 80 gr. de agua es Q=m. s. ▲T = 80 . 1 . 2 = 160 calorías.

Así, la cantidad total de calor ganada por el agua y el calorímetro es de 160 + 9 = 169 calorías.

Ahora bien, las 800 X s calorías perdidas por el aluminio son iguales a las 169 cal. que ganan el agua y el calorímetro. Luego 800 X s = 169.

Dividiendo ambos miembros de la ecuación por 800, tenemos:

Calor específico del aluminio s = 169/800 = 0,21 cal./gr./° C

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N° 54
FÍSICA I
RESNIK-HOLLIDAY
Elementos de Física y Química Maiztegui-Sabato
Enciclopedia del Estudiante Tomo 7 Físico-Química