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Calor específico

10 Mar

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.1 2 Se la representa con la letra c\,\! (minúscula).

De 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 el cociente entre la capacidad calorífica y la masa, esto es c=C/m \,\! donde m \,\! es la masa de la sustancia.1

Ecuaciones básicas

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 T_\text{i} a la final T_\text{f} 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

Cantidad de sustancia

Cuando se mide el calor específico en ciencia e ingeniería, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, ya sea en gramos o en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en química, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor específico, el cual es un cierto número de moléculas o átomos de la sustancia.6 Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el término calor específico molar se puede usar para referirse de manera explícita a la medida; o bien usar el término calor específico másico, para indicar que se usa una unidad de masa.

 Conceptos relacionados

Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor específico y éstas se denotan con sufijos en la letra c. El calor específico de los gases normalmente se mide bajo condiciones de presión constante (Símbolo: c_\text{p}). Las mediciones a presión constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante (c_\text{v}), debido a que en el primer caso se realiza un trabajo de expansión.

El cociente entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinámico se denomina coeficiente adiabático y se designa mediante la letra griega \gamma\, (gamma).7 Este parámetro aparece en fórmulas físicas, como por ejemplo la de la velocidad del sonido en un gas ideal.

El calor específico de las sustancias distintas de los gases monoatómicos no está dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura.nota 2 Por lo tanto, debe especificarse con precisión la temperatura a la cual se hace la medición. Así, por ejemplo, el calor específico del agua exhibe un valor mínimo de 0,99795 cal/(g·K) para la temperatura de 34,5 °C, en tanto que vale 1,00738 cal/(g·K) a 0 °C. Por consiguiente, el calor específico del agua varía menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(g·K) a 15 °C, por lo que a menudo se le considera como constante.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

Existen formas de energía.

  • Energía potencial gravitatoria (Ep(Grav) = m·g·h)
  • Energía cinemática: la energía de los cuerpos por el simple hecho de moverse (Ec = 1/2 m·v²)
  • Energía elástica (Eep = 1/2 k·x²)
  • Energía química
  • Energía térmica
  • Energía luminosa

Se puede transferir de unos cuerpos a otros. Lo que unos ganan proviene de lo que otros pierden. El total de la energía es constante (principio de conservación de la enregía).

Se pueden transformar de un tipo a otro.

 
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Publicado por en marzo 10, 2012 en Uncategorized

 

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