¿Qué es el calor específico? - Conoce la capacidad calorífica de los elementos
El calor específico es un concepto fundamental en la termodinámica que describe la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia en una unidad. Esta propiedad física es crucial para entender cómo los materiales almacenan y liberan energía térmica, y cómo se comportan en diferentes condiciones termales.
Si bien puede parecer abstracto, comprender el calor específico es fundamental para entender cómo funcionan muchas cosas en el mundo físico a nuestro alrededor. Sigue leyendo y aprende qué es el calor específico y cómo se relaciona con los elementos que utilizas en la vida diaria.
¿Para qué sirve el cálculo del calor específico?
El cálculo del calor específico sirve para determinar la cantidad de energía que se necesita para aumentar o disminuir la temperatura de una sustancia. También es útil para saber cómo se comporta la transferencia de calor en diferentes materiales y cómo este cambio afectará su uso y manipulación.
Este cálculo se aplica en muchos campos como la industria del petróleo y la refinación, la ingeniería, la física y otras áreas científicas donde la comprensión de la transferencia de calor y el comportamiento térmico de los materiales es importante.
En cada área, el calor específico tiene muchas aplicaciones prácticas como por ejemplo:
- Diseñar sistemas de refrigeración o calefacción.
- Diseño y la selección de materiales en la construcción de diferentes objetos.
- Estimar el consumo de combustible o energía eléctrica.
- Elaboración y la conservación de alimentos.
- Medición de las propiedades térmicas de los materiales.
- Estudio de los cambios de fase o las reacciones químicas que implican calor.
- En la CSIC para investigaciones ambientales y médicas.
Fórmulas del calor específico
Para calcular la cantidad de calor que se necesita para cambiar la temperatura de una sustancia se aplican distintas fórmulas.
En primer lugar, es importante indicar cómo se expresa el calor específico: se expresa en unidades de julios por gramo y grado Celsius (J/g°C) o kilocalorías por kilogramo y grado Celsius (kcal/kg°C).
Fórmula más usual para calcular el calor específico de una sustancia:
c^=m.ΔtQ
Explicación: Q representa la transferencia de energía calórica entre el sistema y su entorno, m la masa del sistema y Δt la variación de temperatura al cual se lo somete.
Otra fórmula para expresar el calor específico es:
c=Δt→0limm.ΔTQ=m1dTdQ
Explicación: Q es el calor absorbido, m la masa de la sustancia, T la temperatura de la sustancia y dQ/dT la derivada del calor respecto a la temperatura.
Fórmula para el cálculo del calor absorbido o cedido por una sustancia:
Q=m.c.ΔT
Explicación: Q es el calor transferido, m la masa de la sustancia, c el calor específico de la sustancia y ΔT el cambio de temperatura.
Importante:
La cantidad de calor (Q) es positivo o negativo dependiendo de si la sustancia absorbe o cede energía térmica.
- Cuando Q es positivo, significa que la sustancia ha absorbido energía térmica y su temperatura ha aumentado.
- Cuando Q es negativo, significa que la sustancia ha desprendido energía térmica y su temperatura ha disminuido.
Tabla de calor específico de los materiales
A continuación, te presentamos una tabla con algunos ejemplos de materiales y sus respectivos calores específicos en calorías por gramo y grado Celsius (cal/g°C) que indican cuánta energía se necesitará para aumentar la temperatura de cada material en una unidad.
Sustancia / (cal/g°C)
Aceite de Oliva: 0,400
Acero: 0,110
Agua: 1,000
Alcohol: 0,600
Alpaca: 0,095
Aluminio: 0,217
Antimonio: 0,050
Azufre: 0,179
¿Qué es calor, temperatura y energía?
Calor, temperatura y energía son conceptos que se usan para describir el comportamiento de la materia a nivel molecular. Se trata de conceptos estrechamente relacionados, por lo que la diferencia entre estos puede ser un poco confusa.
La principal diferencia es que el calor se relaciona con la energía térmica, mientras que la temperatura se relaciona más con la energía cinética molecular. A continuación, te explicamos brevemente qué significa cada uno:
El calor es la energía térmica que se transfiere de un sistema más caliente a uno más frío, que están en contacto. Esta energía se mide en unidades de julios (J) o calorías (cal), y se representa con el símbolo Q o q.
El calor mide el movimiento o flujo de energía. Por lo tanto, un objeto puede ganar o perder calor, pero no puede 'tener calor', ya que es una medida de cambio, nunca una propiedad que posee un objeto o sistema.
La temperatura es la energía cinética promedio de las moléculas en un material o sistema y se mide en Celsius (°C), Kelvin (K), Fahrenheit (°F) o Rankine (R). Es una propiedad física medible de un objeto, también llamada 'variable de estado'.
Es una propiedad intensiva, es decir, que no depende de la cantidad de materia que tiene el sistema, sino solo de su estado térmico.
La energía designa “la capacidad de realizar transformaciones”. Por ejemplo, es lo que permite dar trabajo, producir movimiento, modificar la temperatura o cambiar el estado de la materia. La energía se mide en unidades de julios (J) o kilovatios-hora (kWh), y se representa con el símbolo E o U.
Al mismo tiempo, la energía puede existir en diferentes formas, como mecánica, química, eléctrica, radiante o térmica.
¿Qué es la capacidad calorífica de un elemento?
Aquí nos referimos a la cantidad de calor que se necesita para elevar la temperatura de una determinada cantidad de ese elemento en un grado, bien sea Celsius o Kelvin. Se hace una distinción entre capacidad calorífica a presión constante y, a volumen constante.
Ejemplo:
Un sistema que consta de 200 g de agua líquida a 25 °C tendrá una capacidad calorífica de 836 JK- ¹.
Al ser una propiedad extensiva, depende de la cantidad de materia que tiene el elemento. Por ejemplo: se necesita más calor para aumentar la temperatura de 10 g de hierro que de 5 g de hierro.
¿Qué es calor específico de una sustancia?
El calor específico de una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor. Se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad.
Este valor se representa con la letra c (minúscula) y se mide en varias unidades, como julios por kilogramo y por kelvin (J/kg·K) o calorías por gramo y por grado Celsius (cal/g·°C).
Ejemplo de sustancias medidas (cal/g°C)
- Aceite de oliva: 0,40
- Alcohol etílico: 0,60
- Potasio: 0,019
¿Qué es calor específico del agua?
El calor específico del agua es una propiedad física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de agua para elevar su temperatura en una unidad.
El valor del calor específico del agua depende de la temperatura y la presión a la que se encuentre el agua, pero en general es muy alto comparado con otras sustancias.
El agua tiene un calor específico excepcionalmente alto de alrededor de 4 J/gK y exhibe un comportamiento anómalo con un calor específico mínimo de alrededor de 35°C.
El calor específico del agua es 1 cal.g-1.° C-1.
Esto significa que para aumentar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C, se necesita 1 cal de energía, y para aumentar en un grado la temperatura del hielo a -5 °C se necesitan 0,5 calorías, mientras que para hacer lo mismo con 1 g de cobre se necesitan solo 0.092 cal.
¿Qué es calor específico de un metal?
El calor específico de un metal es la cantidad de calor que se necesita para elevar la temperatura de un gramo de metal en un grado Celsius.
Para medir el calor específico de un metal se puede usar un método de calorimetría llamado el método de mezclas, que consiste en poner el metal caliente en contacto con agua fría y medir la temperatura final de ambos. Sin embargo, este varía según el tipo de metal y la temperatura inicial. Sin embargo, éste varía según el tipo de metal y la temperatura inicial.
Ejemplos de metales medidos en (cal/g°C):
- Hierro: 0,107
- Oro: 0,0308
- Cobre: 0,0924
- Aluminio: 0,217
- Mercurio: 0,0033
- Silicio: 0,168