Noción de calor específico

Cuando le suministramos cierta cantidad de calor Q a un cuerpo, esta cantidad de calor se refleja en un aumento de su temperatura que llamaremos ΔT. De esta forma podemos definir la Capacidad Calorífica ( C ) como la relación entre el calor suministrado al cuerpo y el incremento de temperatura que sufre. Esta relación seria Q=C.ΔT

Expresado en otras palabras, la Capacidad Calorífica ( C ) es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 °C la temperatura de una muestra determinada de material.

Si el cuerpo es de masa m, podemos definir algo que es característico de la sustancia o el material del cuerpo, y es lo que llamamos Calor Especifico ( c ). Basados en esta relación el calor seria Q=m.c.ΔT

El calor específico también de puede definir como la cantidad de calor que se debe suministrar a una unidad de masa determinada para elevarle la temperatura en 1 °C.

Para no confundir los dos términos el Calor Especifico se representa con la letra “c” minúscula y la Capacidad Calorífica con la letra “C” mayúscula.

Podemos asi encontrar un relación entre el calor especifico y la capacidad calorífica dada por c=C/m. Las unidades para el calor especifico pueden ser: cal/°C.g  o  J/Kg.°K

Calor específico del agua
El calor específico del agua varía con la temperatura.


En la figura se ha representado la variación del calor específico del agua entre las temperaturas de 0 y 100 ºC, manteniendo la presión constante de 1 atmósfera.
Se puede observar que el valor es 1 en las proximidades de 15 ºC, debido a las forma escogida para definir la unidad de calor.

Tabla de calores específicos:

                      

Intercambio de calor

La transferencia de calor entre una región y otra del sistema o bien entre el sistema y sus alrededores puede llevarse a cabo por tres medios diferentes: convección, conducción y radiación.

Conducción(a) es la transferencia de calor de una parte de un cuerpo a otra parte del mismo cuerpo, o de un cuerpo a otro cuerpo con el que está en contacto físico, sin que podamos apreciar un desplazamiento de las partículas que forman estos cuerpos. Cuando tomamos una pequeña varilla metálica por un extremo y calentamos el otro extremo, por ejemplo metiéndolo al fuego, muy pronto sentiremos el calor en el extremo que estamos deteniendo con nuestra mano. El calor se ha transmitido por conducción a través de la varilla. Al igual que sucede con los conductores eléctricos, no todos los cuerpos conducen el calor con la misma facilidad. Si repetimos la experiencia de la varilla pero ahora utilizando un cuchillo con mango de madera, este material impedirá en gran medida el paso del calor hacia nuestra mano.

Convección es la transferencia de calor de un punto a otro punto dentro de un fluido, gas o líquido, mediante la mezcla de regiones frías con regiones calientes. En la convección "natural"(b), el movimiento del fluido se debe exclusivamente a las diferencias locales de densidad ocasionadas por las diferencias en temperaturas en las distintas regiones del sistema. En la convección "forzada"(c) se utilizan medios mecánicos para favorecer el mezclado, por ejemplo, cuando calentamos nuestros alimentos es muy común que utilicemos un cucharón para agitar el fluido y obtener un calentamiento más uniforme.

Radiación(d) es la transferencia de calor de un cuerpo hacia otro que no se halla en contacto con aquél, mediante ondas que viajan a través del espacio. El ejemplo de transmisión de calor por radiación más conocido por nosotros es el del calor que recibimos desde el sol.

Calor y temperatura

Calor y temperatura no son sinónimos. La temperatura de un cuerpo es un número cuyo valor es independiente del proceso en el que el cuerpo haya participado. Por su parte el calor representa el intercambio de energía entre las etapas inicial y final de un proceso en el que la temperatura varía.

Igual temperatura, distinta cantidad de calor

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.

Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.

La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor sí es energía.

Calor

Se debe distinguir desde un principio claramente entre los conceptos de calor y energía interna de un objeto. El calor, (símbolo Q), se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia. El concepto de calor, se usa para describir la energía que se transfiere de un lugar a otro, es decir flujo de calor es una transferencia de energía que se produce únicamente como consecuencia de las diferencias de temperatura. La energía interna es la energía que tiene una sustancia debido a su temperatura. La energía interna de un gas es esencialmente su energía cinética en escala microscópica: mientras mayor sea la temperatura del gas, mayor será su energía interna. Pero también puede haber transferencia de energía entre dos sistemas, aún cuando no haya flujo de calor.

Por ejemplo, cuando un objeto resbala sobre una superficie hasta detenerse por efecto de la fricción, su energía cinética se transforma en energía interna que se reparte entre la superficie y el objeto (y aumentan su temperatura) debido al trabajo mecánico realizado, que le agrega energía al sistema. Estos cambios de energía interna se miden por los cambios de temperatura.
Cuando la ciencia termodinámica era incipiente, digamos a principios del 1800, y no se comprendía bien el concepto de calor, los científicos definieron el calor en términos de los cambios en la temperatura que el calor produce en los cuerpos.
Por lo que se definió una unidad de medida del calor, llamada caloría, símbolo cal, como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius desde 14.5º C a 15.5º C. La unidad de calor en el sistema ingles se llama Unidad térmica británica, (Btu), definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Celsius de 63º F a 64º F. Se elige ese rango de temperatura, porque la cantidad de calor requerida depende levemente de la temperatura; se requiere más calor para elevar la temperatura del agua fría que la del agua a punto de hervir.

Cuando se describe el concepto de energía, se afirma que en cualquier sistema mecánico siempre esta presente la fricción, por lo que siempre se pierde energía mecánica y aparentemente no se conserva. Los experimentos demuestran claramente que por efecto de la fricción, la energía no desaparece, sino que se transforma en energía térmica. James Joule (inglés, 1818-1889) fue el primero en establecer la equivalencia entre estas dos formas de energía. Joule encontró que la energía mecánica que se transforma en calor, es proporcional al aumento de temperatura. La constante de proporcionalidad, llamada calor específico, es igual a 4.186 J/(g ºC). Se demuestra que una caloría, que se conoce como el equivalente mecánico del calor, es exactamente igual a 4.186 J, sin importar quien produce el aumento de temperatura:

1 cal = 4.186 J

Como en la actualidad se reconoce al calor como una forma de energía, la unidad de medida de calor en el SI es el Joule, J. Algunas de las conversiones más comunes entres las unidades de calor y energía son las siguientes:

1 cal = 4.186 J = 3.97x10-3 Btu

1 J = 0.239 cal = 9.48x10-4 Btu

1 Btu = 1055 J = 252 cal

En nutrición se llama Caloría, Cal con mayúscula, a las calorías alimenticias o dietéticas, usada en la descripción del contenido de energía de los alimentos y equivale a 1000 calorías o 1kilocaloría, es decir 1 Cal = 1kcal = 1000 cal.