Calor específico

El calor específico se define como la cantidad de calor que es necesario aplicar a una unidad de masa de una sustancia, para aumentar su temperatura en un grado. La unidad de masa puede ser el kilogramo o el gramo. También puede expresarse en moles, según el sistema de unidades que se esté utilizando. Del mismo modo, la unidad de temperatura puede ser el grado Celsius o el Kelvin. Lo más común es usar calorías, gramos y grados Celsius. Entonces, las unidades son cal/gr℃.

El físico escocés Joseph Black, fue quien introdujo el concepto de calor específico.

Importancia y utilidad

Conocer el calor específico de una sustancia, es importante por múltiples razones. En lo académico, porque permite conocer las propiedades de nuevos materiales. En la industria, conocer el calor específico permite seleccionar los materiales adecuados para construir por ejemplo, termos, refractarias, calderas, materiales termo aislantes para hornos, etc.

Calor

Calor es la cantidad de energía en tránsito de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura.

Esta forma de energía se mide en calorías. Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado (1 °C) la temperatura de un gramo de agua. Siendo una forma de energía, tiene un equivalente en julios (J) que son las unidades en las que se mide la energía. 1cal = 4.18J.

La cantidad de calor tomada (o cedida) por un cuerpo es directamente proporcional a su masa y a la variación de la temperatura que experimenta, multiplicada por el calor específico, que es propio de cada sustancia.

La tabla 1, muestra la medida del calor específico de algunas sustancias.

Calor específico

La ecuación correspondiente es Q = mc∆t. donde Q es el calor transferido, m es la masa del cuerpo, c es el calor específico de la sustancia y ∆t es la variación de la temperatura. La variación de la temperatura se halla restando temperatura final menos temperatura inicial.

Ejemplos

Ejemplo 1: calcular el calor necesario para elevar la temperatura de 20 gramos de hierro desde 15℃ hasta 100℃.

Solución:

  • Q =?
  • m = 20gr
  • ∆t = 100℃ − 15℃ = 85℃
  • c = 0.113 cal/gr℃
  • Aplicando la fórmula Q = mc∆t se tiene
  • Q = 20gr×0.113 cal/gr℃×85℃ = 192.1cal

Ejemplo 2: el agua de un recipiente varía su temperatura de 12℃ a 38℃, cuando se le transfieren 205 calorías. ¿Cuál es la masa de agua en el recipiente?

Solución:

  • Q = 205 cal
  • m =?
  • ∆t = 38℃ − 12℃ = 26℃
  • c = 1.00 cal/gr℃
  • De la fórmula Q = mc∆t se tiene que m = Q/c∆t entonces:
  • calor específico

Taller de lectura

  1. ¿Qué es calor específico?
  2. ¿Cuáles son las posibles unidades de masa y temperatura, para el calor específico; y cuáles son las unidades más comunes?
  3. Copie la tabla 1.
  4. ¿Por qué puede ser importante, conocer el calor específico de una sustancia a nivel académico e industrial?
  5. ¿Qué es el calor y en qué unidades se mide?
  6. ¿En qué unidades se mide la energía?
  7. ¿Cuál es la equivalencia entre calorías y julios?
  8. Escriba la ecuación que se usa para calcular la cantidad de calor tomada (o cedida) por un cuerpo.
  9. Copie los ejemplos 1 y 2, con enunciados y soluciones.
  10. Realice los siguientes ejercicios:
    1. ¿Cuál es el calor necesario para aumentar la temperatura de 25 gramos de vidrio desde 12℃ hasta 23℃?
    2. ¿Cuál es la masa de un alambre de cobre que absorbe 234 calorías para aumentar su temperatura de 4℃ hasta 18℃?
    3. ¿En cuánto varía la temperatura de 5 gramos de aire si al calentarse absorbe 155 calorías?
    4. ¿Cuál es el calor específico de una sustancia desconocida, si 30 gramos de ella, absorben 115 calorías cuando su temperatura aumenta de 20℃ a 25℃?