calor especifico es la cantidad de calor necesario para que sea posible variar la temperatura de una sustancia o material en 1 °C. Es proporcional a la cantidad de calor recibido o donado por la sustancia y se puede calcular mediante una fórmula que involucra calor, masa y temperatura.
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Resumen de calor específico
El calor específico es la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia o material en 1 °C.
Algunos factores que afectan el calor específico son: fuerzas intermoleculares, impurezas en las sustancias, masa molar y grados de libertad.
El calor específico se puede encontrar a través de la relación entre la capacidad calorífica y la masa de la sustancia.
El calor específico molar es la cantidad de calor por mol de sustancia necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia en 1 °C.
El calor latente es el calor necesario para cambiar el estado físico de una sustancia sin elevar su temperatura.
El calor sensible es el calor necesario para cambiar la temperatura de una sustancia sin cambiar su estado físico.
¿Qué es el calor específico?
el calor específico es la cantidad de Energía térmica suministrado a una sustancia para que su temperatura varíe en 1 °C. Todos los líquidos, sólidos y gases tienen un calor específico que caracteriza su comportamiento cuando son sometidos a una fuente de calor.
este calor es proporcional a la proporcionada por la sustancia, por lo que si aumentamos el calor específico, la cantidad de calor necesaria para que la sustancia cambie su temperatura también aumentará.
Por ejemplo, el calor específico de el aluminio es de \(0.215\cal/g\bullet°C\), mientras que la del agua es \(1\cal/g\bullet°C\), lo que significa que el agua necesita recibir más calor que el aluminio para aumentar su temperatura. El agua también perderá calor más fácilmente que el aluminio.
tabla de calor especifica
El calor específico indica el calor preciso para que una sustancia varíe en 1 °C, y puede sufrir un aumento o disminución de su temperatura. En la siguiente tabla, podemos ver los valores de calor específico de varias sustancias y materiales.
sustancia o material |
calor especifico (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Acero |
0,1 |
Agua dulce |
1 |
Agua salada |
0,93 |
Alcohol etílico |
0,58 |
Aluminio |
0,215 |
Aire |
0,24 |
Arena |
0,2 |
Carbón |
0,12 |
Plomo |
0,0305 |
Cobre |
0,0923 |
Etanol |
0,58 |
Hierro |
0,11 |
Hielo (-10°C) |
0,53 |
Granito |
0,19 |
Hidrógeno |
3,4 |
Latón |
0,092 |
Madera |
0,42 |
Mercurio |
0,033 |
Nitrógeno |
0,25 |
Oro |
0,03 |
Oxígeno |
0,22 |
Plata |
0,0564 |
Tungsteno |
0,0321 |
Vidrio |
0,2 |
fórmula de calor específico
Podemos calcular el calor específico usando la fórmula para la cantidad de calor, representada a continuación:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
C → calor específico, medido en \([J/(kg\bullet K)]\) o \([cal/g\bullet°C]\).
q → cantidad de calor, medida en julios [J] o calorías [cal].
metro → masa, medida en kilogramo [kg] o gramo [g].
\(∆T \) → variación de temperatura, medida en Kelvin [K] o Celsius [°C].
LA variación de temperatura se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → variación de temperatura, medida en Kelvin [K] o Celsius [°C].
\(T_f \) → temperatura final, medida en Kelvin [K] o Celsius [°C].
\(Tú\) → temperatura inicial, medida en Kelvin [K] o Celsius [°C].
Importante: Aunque las cantidades anteriores se miden en Joule, kilogramo y Kelvin en el Sistema Internacional de Unidades (SÍ), es más común usar caloría, gramo y Celsius. Es posible convertir caloría a Joule, considerando que 1 cal equivale a 4.186 J.
Para convertir gramos en kilogramos, recuerda que 1 g es igual a 0,001 kg. Además, para transformar Celsius en Kelvin, basta con sumar a la temperatura de Celsius el valor de 273,15, es decir, 100 °C = 373,15 K.
¿Cómo calcular el calor específico?
El calor específico se puede calcular mediante la fórmula que lo relaciona con la cantidad de calor, la masa y la temperatura de la sustancia o material.
Ejemplo:
¿Cuál es el calor específico de un objeto con una masa de 100 g que recibió 1000 cal y tuvo una variación de temperatura de 15 °C hasta llegar a 35 °C?
Resolución:
como todo unidades de medida están en su forma más común, no hay necesidad de conversión. Usaremos la fórmula del calor específico, que involucra calor, masa y temperatura:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Sustituyendo los valores dados en el enunciado, tenemos:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0.5\)
Por lo tanto, el calor específico del objeto es\(0.5\cal/g\bullet°C\).
Factores que afectan el calor específico
Hay algunos factores que pueden afectar las variaciones de calor específicas. Vea abajo.
fuerzas intermoleculares: El calor específico varía en proporción a la fuerza intermolecular de la molécula, y cuanto mayor sea el enlace, mayor será la energía necesaria para romperlo. Normalmente, las moléculas que contienen enlaces de hidrógeno son aquellas que contienen altos valores de calor específico.
Impurezas: El calor específico puede variar con la cantidad de impurezas en el material, aunque estas impurezas son necesarias para la formación del material.
Masa molar: El calor específico también puede variar según la masa molar de la sustancia.
Grados de libertad: El calor específico molar, como estudiamos en Termodinámica, varía según los grados de libertad de una molécula. Brevemente, se trata de la libertad de movimiento de una molécula, pudiendo tener movimientos de traslación, rotación y oscilación.
Calor específico y capacidad calorífica
También llamada capacidad calorífica, la capacidad calorífica es una constante de proporcionalidad que relaciona el calor recibido o perdido por un cuerpo con su variación de temperatura. Es posible calcular el calor específico a través de la capacidad calorífica y la masa de la sustancia o material con la fórmula:
\(c=\frac{C}{m}\)
C → calor específico, medido en \([J/kg\bullet K]\) o \([cal/g\bullet°C]\).
C → capacidad calorífica, medida en \([J/K]\) o \([cal/°C]\).
metro → masa, medida en kilogramo [kg] o gramo [g].
Tambien sabe: Expansión térmica de los sólidos: el fenómeno resultante del aumento de la temperatura de un cuerpo.
calor especifico molar
El calor específico molar expresa la cantidad de calor específico de una sustancia en Topo, a diferencia del calor específico, donde la cantidad de sustancia se expresa en kilogramos. Dado que trabajamos con moléculas cuyo tamaño es diminuto, es más ventajoso expresar su cantidad en moles que en kilogramos u otras unidades.
\(1\ mol=6.02\times{10}^{23}\ unidades\ elementales\ de\ cualquier\ sustancia\)
Por ejemplo, 1 mol de aluminio equivale a \(6,02\veces{10}^{23}\) átomos de aluminio
La fórmula para calcular el calor específico molar es la misma que se usa para calcular el calor específico, pero difieren en la unidad de medida: para el calor específico molar, use \(cal/mol\bullet°C\).
Calor latente y calor sensible
El calor se puede clasificar como latente o sensible. Vea abajo.
→ calor latente
O calor latente es la necesaria para cambiar el estado físico de una sustancia sin elevar su temperatura. Se puede calcular mediante la fórmula:
\(Q=m\bullet L\)
q → cantidad de calor, medida en julios [J] o calorías [cal] .
metro → masa, medida en kilogramo [kg] o gramo [g] .
L → calor latente, medido en \([J/kg]\) o \([cal/g]\).
→ calor sensible
El calor sensible es el calor necesario para cambiar la temperatura de una sustancia sin cambiar su estado físico. Se puede calcular mediante la fórmula:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
q → cantidad de calor, medida en julios [J] o calorías [cal] .
metro → masa, medida en kilogramo [kg] o gramo [g].
C → calor específico, medido en \([J/(kg\bullet K)]\) o \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → variación de temperatura, medida en Kelvin [K] o Celsius [°C].
Ejercicios resueltos de calor específico
Pregunta 1
(UFPR) Para calentar 500 g de cierta sustancia de 20 °C a 70 °C, se necesitaban 4000 calorías. La capacidad calorífica y el calor específico son, respectivamente:
A) 8 cal/°C y 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C y 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C y 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C y 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C y 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Resolución:
Alternativa B
Encontraremos el valor de la capacidad calorífica usando la fórmula:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Finalmente, calcularemos el valor del calor específico:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0.16\frac{cal}{g °C}=c\)
Pregunta 2
(PUC-RS) Un cuerpo homogéneo A, de 200 g de masa, cambia su temperatura de 20 °C a 50 °C al recibir 1200 calorías de una fuente térmica. Durante todo el calentamiento, el cuerpo A permanece en fase sólida. Otro cuerpo homogéneo B, que consta de la misma sustancia que el cuerpo A, tiene el doble de su masa. ¿Cuál es, en cal/g°C, el calor específico de la sustancia de B?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
mi) 1.6
Resolución:
Alternativa B
Calcularemos el calor específico del material A usando la fórmula del calor sensible:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\bullet c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0.2\cal/g°C\)
El calor específico del cuerpo B tendrá el mismo valor que el calor específico del cuerpo A, ya que están formados por la misma sustancia.
Por Pâmella Raphaella Melo
Profesor de física
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm