Calor

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor específico depende de dicha temperatura inicial. Se la representa con la letra c\,\! (minúscula).

En forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra C\,\! (mayúscula).

Por lo tanto, el calor específico es la capacidad calorífica específica, esto es c=C/m \,\! donde m \,\! es la masa de la sustancia

ECUACIONES

El calor específico medio (\hat c) correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas \Delta T\, se define en la forma:

\hat c = \frac{Q}{m \,\Delta T}

donde Q\, es la transferencia de energía en forma calorífica en el entre el sistema y su entorno u otro sistema, m\, es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor específico molar) y \Delta T\, es el incremento de temperatura que experimenta el sistema. El calor específico (c\,\!) correspondiente a una temperatura dada T\,\! se define como:

c = \lim_{\Delta T \to 0} \frac{Q}{m \,\Delta T} = \frac {1}{m} \frac{\mathrm d Q}{\mathrm d T}

El calor específico (c \,\!) es una función de la temperatura del sistema; esto es, c(T)\,\!. Esta función es creciente para la mayoría de las sustancias (excepto para los gases monoatómicos y diatómicos). Esto se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y sólo estén accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la función c(T)\,\!, la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial Ti a la final Tf se calcula mediante la integral siguiente:

Q = m \int_{T_\text{i}}^{T_\text{f}} c \, \mathrm d T

En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse simplemente como:

Q \approx m c \Delta T

UNIDADES

Unidades de calor

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La caloría (cal) también se usa frecuentemente en las aplicaciones científicas y tecnológicas. La caloría se define como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 °C la temperatura de un gramo de agua destilada, en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C. Es decir, tiene una definición basada en el calor específico.


Unidades de calor específico

En el Sistema Internacional de Unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (J·kg-1·K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la caloría por gramo y por kelvin (cal·g-1·K-1). Así, el calor específico del agua es aproximadamente 1 cal/(g·K) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presión atmosférica; y exactamente 1 cal·g-1·K-1 en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C (por la definición de la unidad caloría).

En los Estados Unidos, y en otros pocos países donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajón de Unidades, en aplicaciones no científicas, el calor específico se suele medir en BTU (unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de temperatura).

La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosféricas normales.


                     

TABLA DE CALORES 

Sustancia↓Fase↓cp
(másico)
kJ·kg−1·C°−1↓
cp
(molar)
J·mol−1·K−1↓
cv
(molar)
J·mol−1·K−1↓
Capacidad
calorífica volumétrica

J cm-3 K-1↓
Gas monoatómico (Ideal)gas\begin{matrix} \frac{5}{2} \end{matrix}R = 20,8\begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix}R = 12,5
Heliogas5,193220,812,5
Argóngas0,520320,812,5
Gas diatómico (Ideal)gas\begin{matrix} \frac{7}{2} \end{matrix}R = 29.1\begin{matrix} \frac{5}{2} \end{matrix}R = 20.8
Hidrógenogas14,3028,8220.4
Nitrógenogas1,04029,1220,8
Oxígenogas0,91829,421,1
Aire (en condiciones típicas de habitaciónnota 3 )gas1,01229,19
Aluminiosólido0,89724,22,422
Amoníacolíquido4,70080,083,263
Antimoniosólido0,20725,21,386
Arsénicosólido0,32824,61,878
Beriliosólido1,8216,43,367
Cobresólido0,38524,473,45
Diamantesólido0,50916,1151,782
Etanollíquido2,441121,925
Gasolinalíquido2,22228
Orosólido0,129125,422,492
Grafitosólido0,7108,531,534
Hierrosólido0,45025,13,537
Plomosólido0,12926,41,44
Litiosólido3,5824,81,912
Magnesiosólido1,0224,91,773
Mercuriolíquido0,139527,981,888
Neóngas1,030120,786212,4717
cera de parafinasólido2,59002,325
Sílice (fundido)sólido0,70342,21,547
Uraniosólido0,11627,72,216
Aguagas (100 °C)2,08037,4728,03
Agualíquido (25 °C)4,181375,32774,534,184
Aguasólido (0 °C)2,11438,091,938
Todas las medidas son a 25 °C a menos que se indique lo contrario,
Los mínimos y máximos notables se muestran en negrita.


KILOCALORIAS

La caloría (símbolo cal) es una unidad de energía del ya en desuso Sistema Técnico de Unidades, basada en el calor específico del agua. Aunque en el uso científico actual, la unidad de energía es el julio (del Sistema Internacional de Unidades), permanece el uso de la caloría para expresar el poder energético de los alimentos.

La caloría fue definida por primera vez por el profesor Nicolas Clément en 1824 como una caloría-kilogramo y así se introdujo en los diccionarios franceses e ingleses durante el periodo que va entre1842 y 1867.

Las cantidades de calor Q se miden con calorímetros especializados en los que interviene la siguiente fórmula física:

Q = m\,c\,\Delta T