Calor

Calor
En física, el calor es una forma de energía
asociada al movimiento de los átomos, moléculas
y otras partículas que forman la materia. El calor
puede ser generado por reacciones químicas (como
en la combustión), nucleares (como en la fusión
nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen
lugar en el interior del Sol), disipación
electromagnética (como en los hornos de
microondas) o por disipación mecánica (fricción).
Su concepto está ligado al Principio de la Termodinámica, según el cual dos
cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. El calor
puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe
reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los
procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o
menor grado.
El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de
transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los
cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de
dicha energía interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que
estén a diferente temperatura.
Unidades de medida
Tradicionalmente, la cantidad de energía térmica intercambiada se mide en calorías, que
es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su
temperatura de 14.5 a 15.5 grados Celsius. El múltiplo más utilizado es la kilocaloría
(kcal):
De aquí se puede deducir el concepto calor específico de una sustancia, que se define
como la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de dicha sustancia
un grado Celsius, o bien el concepto capacidad calorífica, análogo al anterior pero para
una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura
química de la misma).
Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas,
impulsadas .por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua,
estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de
temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos
producidos por la agitación de las palas:
El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades, (S.I.).
El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados
Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que
se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado
Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.
Calor Específico
En la vida cotidiana se puede observar que, si se le entrega calor a dos cuerpos de la
misma masa y la misma temperatura inicial, la temperatura final será distinta. Este
factor que es característico de cada sistema, depende de la naturaleza del cuerpo, se
llama calor específico, denotado por c y se define como la cantidad de calor que se le
debe entregar a 1 gramo de sustancia para aumentar su temperatura en 1 grado Celsius.
Matemáticamente, la definición de calor específico se expresa como:
Las unidades de calor específico son:
[c] =
[c] =
De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que el calor específico del
agua es aproximadamente:
Flujo calorífico
El flujo calorífico se define como la cantidad de calor que se transfiere a través de una
unidad de área por unidad de tiempo. La ley de conducción del calor, determina que el
tiempo que tarda un flujo de calor a través de una superficie es también proporcional a
la gradiente de temperatura.
El calor siempre se transfiere entre 2 cuerpos de diferentes temperaturas y el flujo de
calor siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor
temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren
en equilibrio térmico, vale decir, a la misma temperatura.
= 1,000
Calor Específico Molar
El calor específico de una sustancia es un índice importante de su constitución
molecular interna, y a menudo da información valiosa de los detalles de su ordenación
molecular y de las fuerzas intermoleculares. En este sentido, con frecuencia es muy útil
hablar de calor específico molar denotado por cm, y definido como la cantidad de
energía necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia en 1 grado es
decir, está definida por:
donde n indica el la cantidad de moles en la sustancia presente.