Calor sensible: definición, carga y ecuación

Cambio de temperatura

El calor es útil para cambiar la temperatura de un objeto, ya sea subiendo o bajando la temperatura. Por ejemplo, cuando hierve una olla de agua en la estufa, el calor se transfiere de la estufa a la olla y la temperatura del agua aumenta. Apagar la estufa o quitar la olla de agua del fuego hará que el agua se enfríe, bajando su temperatura. Echemos un vistazo a cómo afectará la transferencia de calor a la temperatura de un objeto.

Ley de Newton de calefacción / refrigeración

Primero, debemos observar la ley de Newton de calefacción / refrigeración. Esto nos dice cómo la energía térmica, la energía asociada con el calor, se transfiere de una fuente a otra. La energía térmica siempre se mueve de una fuente más cálida a una más fría, y esta transferencia continuará hasta que los dos objetos estén a la misma temperatura o temperatura de equilibrio . Mirando hacia atrás en nuestra olla de agua, cuando se coloca en una estufa caliente, el quemador caliente de la estufa actúa como fuente de calor y envía energía térmica a la olla de agua. Esta energía luego excita las moléculas de agua y hace que se muevan a un ritmo más rápido, aumentando la temperatura del agua. Cuando la olla se retira del fuego, la energía térmica todavía se transfiere de una fuente caliente a una fuente fría. En este caso, la fuente caliente es la olla de agua y la fuente fría es el medio ambiente. Entonces, el agua caliente está tratando de calentar el ambiente que lo rodea, pero debido a que el ambiente es mucho más grande que la olla de agua, se necesitará mucha más energía térmica para elevar la temperatura circundante de la que la olla de agua puede entregar. Esto hace que notemos la bajada de temperatura del agua, y no el aumento de temperatura del ambiente.

Calor sensible

Entonces, ¿cómo se relaciona esto con el calor sensible? El calor sensible es la cantidad de energía térmica que se requiere para elevar la temperatura de un objeto. Depende de la cantidad de material que haya y del tipo de material que se esté calentando. La cantidad de calor sensible necesaria se calcula mediante la siguiente ecuación:

El calor sensible es solo la energía asociada con el cambio de temperatura. No cambiará la fase del objeto, ya sea sólido, líquido o gas, y no cambiará la presión o el volumen del objeto. Si bien es cierto que aumentar la temperatura hace que las moléculas se dispersen, el aumento causado por el calor sensible por sí solo no es lo suficientemente significativo como para afectar la ecuación.

Calor especifico

Los diferentes tipos de material requieren diferentes cantidades de calor sensible para experimentar la misma cantidad de cambio de temperatura. Esto se debe a que el material del que está hecho un objeto afectará la facilidad con la que absorberá o emitirá energía térmica. La velocidad a la que ocurre esta transferencia se llama calor específico . El calor específico es la cantidad de energía requerida para elevar la temperatura de una unidad de masa de un objeto un grado de temperatura. En otras palabras, es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un objeto que tiene una masa de un kilogramo en un grado Celsius. Cuanto menor sea el calor específico del objeto, más fácilmente transmitirá la energía térmica. Por ejemplo, el agua tiene un calor específico de 1 Cal / kg C, mientras que el aluminio tiene un calor específico de 0.215 Cal / kg C. Es por eso que algunos objetos tienen más probabilidades de quemar a una persona cuando son tocados, porque tienen un menor calor específico y emiten energía térmica más fácilmente que otros materiales.

Ejemplo

Veamos un ejemplo de esto. ¿Cuánta energía se requiere para llevar dos ollas de 10 kg de agua a 100 ° C cuando una comienza a 80 ° C y la otra comienza a 40 ° C? El agua hierve a 100 ° C y se congela a 0 ° C, y debido a que el cambio de temperatura de la olla de agua está dentro de este rango, podemos usar la ecuación de calor sensible para calcular la energía requerida. Es importante señalar que aunque el agua hierve a 100 ° C, alcanzará los 100 ° C antes de que comience a evaporarse. Hagamos la ecuación para encontrar cuánta energía necesita el agua para alcanzar los 100 ° C.

Como puede ver, la olla más fría requiere más energía porque la cantidad de cambio de temperatura es mayor. Debido a que las estufas transfieren energía térmica a un ritmo constante, la estufa tardará más en elevar la temperatura de la olla de 40 ° C a 100 ° C que la de la olla a partir de 80 ° C.

Resumen de la lección

En el campo de la dinámica térmica, el calor sensible es la cantidad de energía térmica que se transfiere de una fuente caliente a una fría hasta que el objeto alcanza la temperatura de equilibrio. Cuando un objeto absorbe energía térmica, su temperatura aumenta y cuando cede energía térmica, su temperatura disminuye. La cantidad de energía térmica que se requiere se calcula mediante la ecuación:

Rodrigo Ricardo Editor y fundador