calor específico

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Calor especficoEl calor especfico es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor especfico depende de dicha temperatura inicial.1 2 Se la representa con la letra (minscula).

De forma anloga, se define la capacidad calorfica 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 (mayscula).

Por lo tanto, el calor especfico es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto es dondeContenido[ocultar]

es la masa de la sustancia.1

1 Introduccin

1.1 Ecuaciones bsicas 1.2 Cantidad de sustancia 1.3 Conceptos relacionados

2 Unidades

2.1 Unidades de calor 2.2 Unidades de calor especfico

3 Factores que afectan el calor especfico

3.1 Grados de libertad 3.2 Masa molar 3.3 Enlaces puente de hidrgeno

3.4 Impurezas

4 Tabla de calores especficos 5 Materiales de construccin 6 Vase tambin 7 Referencias 8 Bibliografa 9 Enlaces externos

[editar]IntroduccinEl calor especfico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorfica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular.3 (Ver tabla en: Calor especfico y capacidad calorfica de algunos materiales.) Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita para incrementar la temperatura. Por ejemplo, se requiere ocho veces ms energa para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa.nota 1 El trmino "calor especfico" tiene su origen en el trabajo del fsico Joseph Black, quien realiz variadas medidas calorimtricas y us la frase capacidad para el calor.4 En esa poca la mecnica y latermodinmica se consideraban ciencias independientes, por lo que actualmente el trmino podra parecer inapropiado; tal vez un mejor nombre podra ser transferencia de energa calorfica especfica, pero el trmino est demasiado arraigado para ser reemplazado.5

[editar]Ecuaciones

bsicasse define en

El calor especfico medio ( ) correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas la forma:

donde sistema,

es la transferencia de energa en forma calorfica en el entre el sistema y su entorno u otro es la masa del sistema (se usa una n cuando se trata del calor especfico molar) y es

el incremento de temperatura que experimenta el sistema. El calor especfico ( ) correspondiente a una temperatura dada se define como:

El calor especfico ( ) es una funcin de la temperatura del sistema; esto es,

. Esta funcin es

creciente para la mayora de las sustancias (excepto para los gases monoatmicos ydiatmicos). Esto se debe a efectos cunticos que hacen que los modos de vibracin estn cuantizados y slo estn accesibles a medida que aumenta la temperatura. Conocida la funcin , la cantidad de calor

asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial Ti a la final Tf se calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorfica sea aproximadamente constante la frmula anterior puede escribirse simplemente como:

[editar]Cantidad

de sustancia

Cuando se mide el calor especfico en ciencia e ingeniera, la cantidad de sustancia es a menudo de masa, ya sea en gramos o en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en qumica, sin embargo, conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor especfico, el cual es un cierto nmero de molculas o tomos de la sustancia.6 Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol, el trmino calor especfico molar se puede usar para referirse de manera explcita a la medida; o bien usar el trmino calor especfico msico, para indicar que se usa una unidad de masa.

[editar]Conceptos

relacionados

Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor especfico y stas se denotan con sufijos en la letra c. El calor especfico de los gases normalmente se mide bajo condiciones de presin constante (Smbolo: cp). Las mediciones a presin constante producen valores mayores que aquellas que se realizan a volumen constante (cv), debido a que en el primer caso se realiza un trabajo de expansin. El cociente entre los calores especficos a presin constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinmico se denomina coeficiente adiabtico y se designa mediante la letra griega (gamma).7 Este parmetro aparece en frmulas fsicas, como por ejemplo la de la velocidad

del sonido en un gas ideal.

El calor especfico de las sustancias distintas de los gases monoatmicos no est dado por constantes fijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura.nota 2 Por lo tanto, debe especificarse con precisin la temperatura a la cual se hace la medicin. As, por ejemplo, el calor especfico del agua exhibe un valor mnimo de 0,99795 cal/(gK) para la temperatura de 34,5 C, en tanto que vale 1,00738 cal/(gK) a 0 C. Por consiguiente, el calor especfico del agua vara menos del 1% respecto de su valor de 1 cal/(gK) a 15 C, por lo que a menudo se le considera como constante. La presin a la que se mide el calor especfico es especialmente importante para gases y lquidos.

[editar]Unidades [editar]Unidades

de calor

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el joule (J). La calora (cal) tambin se usa frecuentemente en las aplicaciones cientficas y tecnolgicas. La calora se define como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 C la temperatura de un gramo de agua destilada, en el intervalo de 14,5 C a 15,5 C.8 Es decir, tiene una definicin basada en el calor especfico.

[editar]Unidades

de calor especfico

En el Sistema Internacional de Unidades, el calor especfico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (Jkg-1K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la calora por gramo y por kelvin (calg-1K-1). As, el calor especfico del agua es aproximadamente 1 cal/(gK) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presin atmosfrica; y exactamente 1 calg-1K-1 en el intervalo de 14,5 C a 15,5 C (por la definicin de la unidad calora). En los Estados Unidos, y en otros pocos pases donde se sigue utilizando el Sistema Anglosajn de Unidades, en aplicaciones no cientficas, el calor especfico se suele medir en BTU (unidad de calor) por libra (unidad de masa) y grado Fahrenheit (unidad de temperatura). La BTU se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosfricas normales.9

[editar]Factores

que afectan el calor especfico

Las molculas tienen una estructura interna porque estn compuestas de tomos que tienen diferentes formas de moverse en las molculas. La energa cintica almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor especfico.

[editar]Grados

de libertad

Artculo principal: Grados de libertad

El comportamiento termodinmico de las molculas de los gases monoatmicos, como el helio y de los gases biatmicos, el hidrgeno es muy diferente. En los gases monoatmicos, la energa interna corresponde nicamente a movimientos de traslacin. Los movimientos traslacionales son movimientos de cuerpo completo en un espacio tridimensional en el que las partculas se mueven e intercambian energa en colisiones en forma similar a como lo haran pelotas de goma encerradas en un recipiente que se agitaran con fuerza. (vea la animacin aqu). Estos movimientos simples en los ejes dimensionales X, Y, y Z implican que los gases monoatmicos slo tienen tres grados de libertad traslacionales. Las molculas con mayor atomicidad, en cambio tienen varios grados de libertad internos, rotacionales y vibracionales, adicionales ya que son objetos complejos. SE comportan como una poblacin de tomos que pueden moverse dentro de una molcula de distintas formas (ver la animacin a la derecha). La energa interna se almacena en estos movimientos internos. Por ejemplo, el Nitrgeno, que es una molcula diatmica, tiene cincogrados de libertad disponibles: los tres traslacionales ms dos rotacionales de libertad interna. Cabe destacar que la capacidad calorfica molar a volumen constante de los gases monoatmicos es , siendo R la Constante Universal de los gases ideales, mientras que

para el Nitrgeno (biatmico) vale libertad y el calor especfico.

, lo cual muestra claramente la relacin entre los grados de

[editar]Masa

molar

Artculo principal: Masa molar

Una de las razones por las que el calor especfico adopta diferentes valores para diferentes sustancias es la diferencia en masas molares, que es la masa de un mol de cualquier elemento, la cual es directamente proporcional a la masa molecular del elemento, suma de los valores de las masas atmicas de la molcula en cuestin. La energa calorfica se almacena gracias a la existencia de tomos o molculas vibrando. Si una sustancia tiene una masa molar ms ligera, entonces cada gramo de ella tiene ms tomos o molculas disponibles para almacenar energa. Es por esto que el hidrgeno, la sustancia con la menor masa molar, tiene un calor especfico tan elevado; porque un gramo de esta sustancia contiene una cantidad tan grande de molculas. Una consecuencia de este fenmeno es que, cuando se mide el calor especfico en trminos molares la diferencia entre sustancias se hace menos pronunciada, y el calor especfico del hidrgeno deja de ser atpico. En forma correspondiente, las sustancias moleculares (que tamb

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