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

El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.

Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto, no habrá transferencia de energía entre ellos porque la energía media de las partículas en cada objeto es la misma. Pero si la temperatura de uno de los objetos es más ala que la otra, habrá una transferencia de energía del objeto más caliente al objeto más frío hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura.

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

Donde:

• C : Capacidad calorífica. Es la cantidad de calor que el cuerpo tiene que intercambiar con su entorno para que su temperatura varíe un kelvin. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio por kelvín ( J/K ), aunque también se usa con frecuencia la caloría por grado centígrado ( cal/ºC )
• Q : Calor intercambiado. Cantidad de energía térmica intercambiada con el entorno. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J ), aunque también se usa con frecuencia la caloría ( cal ). 1 cal = 4.184 J
• ∆T : Variación de temperatura. Viene determinada por la diferencia entre la temperatura inicial y la final ∆T = Tf -Ti . Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvín ( K ) aunque también se suele usar el grado centígrado o celsius ( ºC )

Puedes entender la capacidad calorífica como la dificultad con que un cuerpo aumenta su temperatura cuando le suministramos una determinada cantidad de calor. Así, a mayor capacidad calorífica, menor incremento de temperatura para una determinada cantidad de calor suministrado. Los aislantes térmicos tienen una capacidad calorífica alta.

La capacidad calorífica de un cuerpo depende de dos factores:

1. La sustancia por la que está formado el cuerpo: No aumentan su temperatura de igual manera un gramo de agua que un gramo de aceite o un gramo de hierro, aún cuando se sitúen sobre un fuego de igual intensidad: El hierro sería el primero en aumentar su temperatura, seguido del aceite y finalmente el agua
2. La cantidad de masa del cuerpo: Tal y como has podido comprobar en el experimento anterior, no aumenta su temperatura de igual manera un gramo y un kilogramo de agua, aún cuando se sitúen sobre un fuego de igual intensidad: un gramo de agua variará su temperatura más rápidamente que un kilogramo de esta misma sustancia

Estos dos factores nos permiten definir el calor específico de una sustancia.

Las unidades de medida más usadas para el calor son:

• El julio ( J ). Es la unidad del calor en el Sistema Internacional. Las unidades del calor son iguales a las unidades del trabajo ya que ambos son procesos de intercambio de energía
• La caloría ( cal ). Representa la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para que aumente su temperatura 1 ºC
  • ​1 cal = 4.184 J
• La kilocarloría ( kcal ). También conocida como caloría grande, en contraposición a la caloría, que se conoce como caloría pequeña. Normalmente se usa en nutrición
  • 1 kcal = 1000 cal
• La unidad térmica británica ( BTU ). Representa la cantidad de calor que hay que suministrar a una libra de agua para que aumente su temperatura 1 ºF
  • ​1 BTU = 252 cal

Uno de los efectos más comunes del aporte de energía calorífica es el cambio de estado de los cuerpos. Es bien conocido que el hielo, al calentarse, se convierte en agua líquida, y que ésta se transforma en vapor por encima de cierta temperatura. Esta sucesión de fases se reproduce, en distintas formas y con rasgos diferentes, en todas las sustancias de la naturaleza.

Calores latentes

El calor necesario para provocar el cambio de estado completo de una unidad de masa de la sustancia dada se denomina calor latente. Para cada proceso de cambio de estado existe un calor latente distinto (por ejemplo, calor latente de fusión, de vaporización, de condensación, etc).

Los calores latentes de vaporización, condensación, sublimación, etc., se definen de forma análoga a la anterior. Todos los calores latentes son parámetros característicos de cada sustancia, y su valor depende de la presión a la que se produzca el cambio de fase para la misma.

Cambios de estado

Durante los procesos de cambio de estado o de fase de un cuerpo no se produce un incremento de temperatura cuando se aporta calor. En la mayoría de las sustancias, cabe distinguir los siguientes tipos de cambios de estado:

Esquema gráfico de los cambios de estado.

• Fusión, de estado sólido a líquido.
• Sublimación, de sólido a gas o a la inversa, sin pasar por el estado líquido.
• Vaporización o evaporación, de líquido a gas.
• Condensación, de vapor a líquido.
• Solidificación, de líquido a sólido.

Estos cambios de fase se deben a modificaciones en la estructura molecular íntima de los cuerpos por efecto de la aportación de una energía calorífica.

Todos los cuerpos materiales (sólidos, líquidos y gaseosos) experimentan una dilatación de su volumen cuando aumenta su temperatura interna. Dependiendo de la sustancia, cada una posee diferente comportamiento, el cual se registra con un coeficiente de dilatación específico para cada material. A excepción de los gases, se presentan tres tipos de dilatación para cuerpos sólidos y líquidos:

Los cuerpos sólidos se dilatan por efecto del calor, de manera que es posible distinguir entre dos tipos de efectos:

• Dilatación lineal, en una sola dirección, que sería la que experimentaría un cuerpo de sección despreciable y una longitud L dada sometido a una temperatura T.
• Dilatación cúbica, propia de cuerpos tridimensionales que experimentan un incremento de sus dimensiones en todas las direcciones del espacio.