Equilibrio térmico – un objeto caliente sumergido en agua

Qué muestra

Cuando un objeto caliente se introduce en agua más fría dentro de un calorímetro aislado, la energía se transfiere en forma de calor del cuerpo más caliente al más frío hasta que ambos alcanzan la misma temperatura. Sin pérdidas, el calor cedido es igual al calor absorbido y cada cuerpo cumple Q = mcΔT, de modo que la temperatura final es un promedio ponderado más cercano al cuerpo de mayor capacidad calorífica mc. Si el objeto es hielo a 0 °C, la energía se usa primero para fundirlo, Q = mλ, con λ el calor latente de fusión, sin que su temperatura aumente.

Cómo usarla

Con el objeto de aluminio a 100 °C y el agua a 20 °C que vienen por defecto, predice la temperatura de equilibrio con la ecuación del equilibrio térmico y luego observa la gráfica T(t). Cambia el Material del objeto 1 a cobre o hierro con las mismas masas y temperaturas para ver el efecto del calor específico. Después elige hielo a 0 °C y busca el tramo horizontal de su curva mientras se funde. Variar la Masa del agua muestra cómo una masa mayor limita el cambio de temperatura.

Parámetros que puedes cambiar

• Masa del objeto 1 0,1–5 kg
• Material del objeto 1 Aluminio (c = 880 J/kg·K), Cobre (c = 380 J/kg·K), Hierro (c = 460 J/kg·K), Agua (c = 4200 J/kg·K), Hielo a 0 °C (λ = 334 kJ/kg)
• Temperatura inicial del objeto 1 0–100 °C
• Masa del agua 0,1–5 kg
• Temperatura inicial del agua 0–100 °C

Preguntas para explorar

1. ¿Por qué la temperatura de equilibrio queda mucho más cerca de la temperatura inicial del agua cuando el objeto 1 es un metal?
2. Con la misma masa y temperatura inicial, ¿calienta más el agua el cobre o el aluminio, y por qué?
3. ¿Qué indica el tramo horizontal a 0 °C de la curva del hielo sobre el destino de la energía absorbida?