Calor específico

 

Calor específico es otro concepto esencial que relaciona las sustancias con la temperatura. Se denomina «c» y se refiere a la cantidad de calor que debe aplicarse a una sustancia para elevar su temperatura en un grado. Dada la gran importancia que este concepto tiene en los sistemas de refrigeración y también en la vida cotidiana, se ofrecerá su definición así como información relacionada con sus aplicaciones. 

Concepto de calor específico

El calor específico también se conoce como la capacidad calorífica específica de una sustancia. Es una magnitud que define y mide la capacidad de un material determinado para mantener internamente energía en forma de calor. Asimismo, el concepto de calor específico puede definirse como la energía necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia dada en un grado. Según el sistema internacional (SI), dicha medida se da utilizando julios de energía. Específicamente, se mide la cantidad de julios necesaria para aumentar un grado kelvin (K) la temperatura. Sin embargo, en cuanto a la cantidad de masa utilizada como referencia para conocer esta medida, es de 1 kg. 

Como se mencionó anteriormente, el calor específico se representa con la letra C. Por lo tanto, cuando se trata de una sustancia que requiere mucha energía o julios para aumentar su temperatura en un grado kelvin, hablamos de una sustancia con un valor de calor específico alto. Si requiere poca – es decir, si es una sustancia que puede aumentar su temperatura fácilmente – estamos hablando de una sustancia con un valor de calor específico bajo. Es posible aclarar el tema con ejemplos del ámbito de los metales; específicamente, comparando la energía necesaria para aumentar la temperatura de lingotes de 1 kg de plomo y 1 kg de magnesio. Se requiere ocho veces más energía para aumentar en un grado kelvin la temperatura del magnesio que del plomo. 

Por lo tanto, debe darse otra característica del calor específico. Si lo que define cada sustancia es su naturaleza molecular, se puede concluir que el calor específico de las sustancias es único. Es decir, cada sustancia tiene como propiedad específica su calor específico, y esa propiedad es única para esa sustancia. Estas medidas se pueden consultar en una tabla de referencia. Sin embargo, cabe añadir que hay factores como la presión que pueden modificar otras variables como el punto de ebullición. 

El término «calor específico» tiene su origen en el físico Joseph Black, quien se dedicó a estudiar el fenómeno del calor. Al principio, la propiedad del calor específico se definía como “capacidad calorífica”. La razón es que, en este período, la termodinámica y la mecánica se consideraban conocimientos distintos y no interrelacionados. El término “calor específico” es en realidad anacrónico, ya que el proceso se refiere más bien a una transferencia y las sustancias no tienen un calor “específico” o “propio”. Sin embargo, el término se ha utilizado desde la época de Joseph Black, aunque técnicamente debería definirse en términos de transferencia de calor y no como una propiedad específica presente en las sustancias.

Importancia del calor específico en la termodinámica

El estado de la materia puede ser de tres formas: Líquido, gaseoso o sólido. Este estado de la materia puede transformarse artificialmente. La capacidad calorífica específica de un material indica la cantidad de calor requerida para calentar una sustancia; por lo tanto, la relación entre la termodinámica y el calor específico es directa. Primero, debe interrelacionarse con la presión. El volumen y la presión constante suelen tomarse como referencia en un medio donde el aporte de calor implica un aumento de nivel. De hecho, cuando se suministra calor a una sustancia, se está provocando el movimiento de los átomos que componen sus moléculas. Esto se debe a la acumulación de energía en forma de calor que experimentan. Este movimiento es precisamente el que aumenta su volumen, ya que el espacio entre un átomo y otro aumenta progresivamente conforme lo hace la temperatura. 

De hecho, si la temperatura sigue aumentando, el estado líquido de ese componente pasa a ser gaseoso en el momento en que los enlaces entre sus moléculas se expanden hasta tal punto que tienden a ocupar tanto espacio como sea posible. Así, existe una relación directa entre temperatura y volumen. Por esta razón, también existe una relación directa con la presión. 

Cuanta más presión, menor es el volumen; de esta manera, es posible cambiar el estado en el que se encuentra una sustancia modificando su temperatura o su presión. Como se ha dicho, cuando aumenta la temperatura, la energía cinética de las moléculas de una sustancia aumenta, y puede provocar un cambio de estado. Progresivamente, de sólido – cuando su movimiento es menor – a líquido y finalmente a gas – cuando su movimiento y separación son máximos –. Algo similar ocurre con la presión, pero de forma inversamente proporcional. Cuanto mayor es la presión, menos recorrido pueden realizar los átomos de las moléculas, y más “juntos” permanecen sus enlaces. Por lo tanto, una forma de pasar una sustancia del estado gaseoso al líquido o de líquido al sólido es mediante la presión. 

Como se mencionó anteriormente, la presión está relacionada con la temperatura, ya que en la atmósfera misma, cuanto menor es la temperatura, mayor es la densidad o presión que hay en el aire, lo que aumenta el peso sobre todo lo que lo rodea. Esto es precisamente por lo que el punto de ebullición varía según la altura (presión atmosférica). También es este concepto el que explica la condensación: cuando el agua o una sustancia suspendida en el aire se enfría, sus moléculas se unen y pasan del estado gaseoso al estado líquido. Al manipular artificialmente el estado de una sustancia, también se pueden recurrir a cambios de presión. Precisamente por eso es tan importante mantener los valores controlados, para evitar cualquier posible cambio de estado en esa sustancia, 

lo cual tiene sus aplicaciones en diferentes campos. Por ejemplo, la construcción busca utilizar materiales que puedan tener una alta capacidad calorífica específica para mantener los espacios frescos en verano. En la industria, se buscan materiales para la construcción de sistemas de calefacción y hornos, que ayuden a maximizar su rendimiento y mejorar su eficiencia.

Calor específico y capacidad térmica

Las sustancias u objetos absorben diferentes grados de calor. Esto es una experiencia que se puede observar en el día a día, y nos habla de su capacidad para “absorber” calor y almacenarlo. Sin embargo, el calor específico debe distinguirse de la capacidad térmica: La capacidad térmica puede definirse como la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una cantidad dada de sustancia en un grado. Así, es un valor que depende de la cantidad de sustancia: Para aclararlo, se puede decir que aunque el agua en un vaso es la misma que la de una piscina, la cantidad de calor necesaria para calentar la piscina es mucho mayor que la del vaso. Por lo tanto, es una propiedad extensiva que se expresa en calor sobre grados Celsius.