Definición de calor específico

1. Fís. Cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una substancia para incrementar su temperatura en un grado.
   
   Se sugiere leer también la definición de: calor

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   2º artículo
   

1. Número de unidades térmicas necesarias para elevar en un grado la temperatura de la unidad de masa de una sustancia, en el supuesto de que ésta no sufra cambio de estado alguno. En el sistema cegesimal la unidad de calor es la caloría, calor requerido para elevar en 1 °C la temperatura de un gramo de agua. En el sistema anglosajón la unidad de calor es la Btu, unidad termal británica, cantidad de calor necesaria para elevar en 1 °F la temperatura de una libra de agua. El calor específico será, por tanto, en el sistema cegesimal el número de calorías precisas para elevar en 1 °C la temperatura de un gramo de sustancia y en el sistema anglosajón el número de unidades térmicas británicas necesarias para aumentar en 1 °F la temperatura de una libra de una sustancia. Como el calor específico del agua varía ligeramente con la temperatura, es costumbre especificar el tipo de caloría, que puede ser la caloría media, igual a la centésima parte del calor necesario para elevar un gramo de agua desde 0 °C hasta 100 °C, o la caloría a 15°C, (la acepción corriente), que es el valor medido entre los 14,5 y los 15,5 °C (algunas veces se utiliza la caloría a 20 °C). Los calores específicos de otras sustancias varían también con la temperatura. Sin embargo, como dentro de un intervalo de temperaturas no demasiado amplio dichas variaciones son muy pequeñas, en las aplicaciones corrientes no se incurre en gran error si se toma como calor específico de la sustancia el cociente de la cantidad de calor necesario para elevar 1 °C la temperatura de un peso determinado de ella por el calor equivalente respecto al agua. La cantidad de calor Q ganada o perdida cuando un cuerpo de masa m y calor específico C experimenta una variación de temperatura de t grados viene dada por la expresión: Q = m C t
   
   
   Para determinar el calor específico se emplean diversos métodos. El más sencillo es el de las mezclas.
   
   Supongamos que interesa averiguar el calor específico de m gramos de una sustancia a, cuya temperatura supondremos igual a ta. Si la sumergimos en una sustancia b cuya temperatura sea tb, (supondremos ta > tb), se establecerá en seguida un intercambio de calor en el sentido a -> b, hasta que finalmente a y b se hallarán a una misma temperatura t. (Evidentemente se cumple ta > t > tb) Representando por Ca, el calor específico que buscamos podemos escribir, puesto que Q= m C t; Qa = ma Ca, (ta — t)
   
   Si escogemos el agua como sustancia b, dado que el calor específico de ésta es 1, podemos escribir para mb gramos de agua que intervienen en este proceso Qb = mb (t — tb)
   
   Pero como necesariamente Qa = Qb, si igualamos ambas expresiones y despejamos luego Ca, tenemos Ca = (mb (t - tb)) / (ma (ta-t))
   
   una fórmula tan sencilla como práctica.
   
   
   Calor específico de los gases. Al determinar el calor específico de los gases debe distinguirse entre calor específico a presión constante y a volumen constante. Si durante el calentamiento se permite que el gas se dilate libremente, consumirá un trabajo al vencer la presión exterior y, por tanto, el proceso exigirá un suministro adicional de energía calorífica de modo que el calor específico será mayor que a volumen constante. (Una pérdida semejante de energía tiene lugar al calentar las sustancias sólidas o líquidas que también se dilatan, pero esa energía es tan pequeña, en comparación de la total necesaria para elevar la temperatura, que puede despreciarse.)
   
   Para determinar el calor específico de un gas a presión constante, se le hace pasar por un serpentín calentado a una temperatura conocida y luego por otro sumergido en el agua fría de un calorímetro. Para hallar el calor específico a volumen constante puede emplearse el calorímetro de vapor de Joly. En este método, se comprime el gas dentro de un recipiente esférico a una temperatura baja conocida. Dicho recipiente se sumerge luego en un baño de vapor y de la cantidad de vapor que se ha condensado se deduce el calor absorbido. Naturalmente, hay que tener en cuenta el calor tomado por el recipiente; este calor se determina en una operación aparte. Si m1 gramos de gas de calor específico c sufren un aumento de temperatura de t grados mientras se condensan m2 grados de vapor, que liberan durante su condensación 539 cal/g, la transmisión de calor será: m1 C t = 539 m2, o bien C = 539 m2 / m1 t
   
   
   Aplicaciones. Con la notable excepción del hidrógeno gaseoso, cuyo calor específico a temperaturas elevadas es superior a 4, la mayoría de las sustancias presentan calores específicos inferiores a los del agua.
   
   En los elementos sólidos parece que el calor específico varía, de acuerdo con la ley de Dulong y Petit, en razón inversa al peso atómico y que el producto de ambos, llamado calor atómico, aproximadamente igual a 6,4. En algunos elementos, particularmente en los de bajo peso atómico, como el carbono y el silicio, el calor específico es muy inferior al que les correspondería de acuerdo con la citada ley, pero la diferencia se va reduciendo al elevar la temperatura. La ley de Dulong y Petit ha sido de gran utilidad para determinar el peso atómico de algunos elementos, una vez conocidos sus pesos de combinación o equivalentes químicos.
   
   Mediante sustancias de calor específico conocido pueden medirse las elevadas temperaturas reinantes en los hornos. El pirómetro de Siemens consiste en un cilindro metálico que se calienta dentro del horno cuya temperatura se desea medir y que luego se introduce en el agua fría de un calorímetro. La ecuación de transferencia de calor es en este caso idéntica a la empleada en el método de las mezclas m1 C1 t1 = m2 C2 t2
   
   y como hay que resolverla con respecto a t1, se tiene: t1 = m2 C2 t2 /m1 C1
   
   
   Datos sobre calores específicos. Para la mayoría de los elementos, el calor específico aumenta con la temperatura de forma casi proporcional a ella dentro de intervalos moderados. Por debajo de los 0°C y conforme va descendiendo la temperatura, los calores específicos disminuyen rápidamente al principio y luego con más lentitud, tendiendo hacia el límite 0 para los —273 °C. El calor específico del agua en calorías medias es de 1,00738 a 0°C; 1,00002 a 14°C; 0,99804 a 40 °C; 1,00000 a 65°C; 1,00229 a 80 °C y 1,00697 a 100 °C. En la tabla adjunta se dan los calores específicos de algunas otras sustancias corrientes.

Materia

Física y química

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