Cómo calcular la capacidad calorífica específica para diferentes sustancias

Cómo calcular el calor específico

¿Alguna vez te has preguntado por qué se tarda tanto en hervir el agua? ¿Sabes que se tarda más en hervir algunos líquidos que en otros? Por ejemplo, si calentara la misma cantidad de agua y alcohol, el alcohol hierve primero. Bueno, ¿qué explica esta diferencia? La respuesta es la capacidad calorífica específica.

La capacidad calorífica específica , o simplemente calor específico , es la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia. Como el agua requiere más tiempo para hervir que el alcohol, puede concluir que el agua requiere más calor que el alcohol para elevar su temperatura. En otras palabras, el agua tiene una mayor capacidad calorífica específica. Esa conclusión sería acertada. Para comprender mejor la capacidad calorífica específica, debemos distinguir entre calor y temperatura, ya que ambos términos se utilizan en su definición.

La diferencia entre calor y temperatura

Veamos un ejemplo que nos ayude a comprender la diferencia entre calor y temperatura. Considere dos vasos de precipitados de agua hirviendo con 1 litro en uno y 2 litros en el otro. Si ambos están hirviendo, tienen la misma temperatura. Verá, la temperatura se define como la cantidad promedio de energía cinética en la sustancia, donde la energía cinética es la energía del movimiento. Las moléculas en cada recipiente tienen la misma energía promedio de movimiento o cantidad promedio de energía cinética. En otras palabras, las moléculas de agua de cada recipiente se mueven a la misma velocidad. La temperatura se mide en grados Celsius , grados Fahrenheit o incluso Kelvin.

Dos recipientes de agua hirviendo tendrán la misma temperatura, sin importar su volumen.

Sin embargo, dos litros de agua hirviendo contienen más calor que un litro de agua hirviendo, aunque tengan la misma temperatura. En el contexto de la capacidad calorífica específica, el calor es la cantidad total de energía en una sustancia, y el calor a veces se denomina energía térmica, en la cual la energía es la capacidad de realizar un trabajo. En la comunidad científica, la energía se mide en julios pero también se puede expresar como calorías.

Si bien el calor y la temperatura son medidas diferentes, ciertamente están relacionadas. La temperatura aumenta a medida que se agrega calor a una sustancia. Asimismo, la temperatura disminuye a medida que se elimina el calor.

Cómo calcular la capacidad calorífica específica

Hagamos un pequeño experimento. Todo lo que necesitamos es un vaso de precipitados con agua, un termómetro y una fuente de alimentación que genere calor. La fuente de alimentación medirá la cantidad de calor que agregamos al agua. Digamos que calentamos 10 ml (10 gramos) de agua a 10 grados Celsius. Al hacerlo, la fuente de alimentación registra 420 julios. Eso significa que se necesitaron 420 julios de energía térmica para elevar 10 gramos de agua a 10 grados Celsius.

Podemos utilizar esta información para calcular la capacidad calorífica específica del agua. Todo lo que necesitamos es averiguar cuánto calor se requiere para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.

La ecuación para el calor específico es la siguiente:

SHC = Energía térmica / (masa de sustancia * cambio de temperatura)

La ecuación se lee ‘la capacidad calorífica específica es igual a la energía térmica por gramo por grado Celsius’.

Ahora, si conectamos nuestros resultados, obtenemos lo siguiente:

SHC = 420 julios / (10 gramos * 10 grados Celsius) = 4.2 julios por gramo por grado Celsius

Qué significa eso? Eso significa que se necesitan 4,2 julios de energía térmica para elevar un gramo de agua en un grado Celsius. Para que sea aún más fácil de recordar, convierta los julios en calorías. Recuerde, ambos son unidades de energía. Hay 4,2 julios en 1 caloría. Por tanto, podemos decir que la capacidad calorífica específica del agua es de 1 caloría por gramo por grado Celsius. ¡Eso es bastante fácil de recordar!

Si hacemos el mismo experimento con alcohol, se necesitarían 255 julios para elevar 10 gramos a 10 grados Celsius. Por tanto, el calor específico del alcohol es de 2,55 julios / gramo / grado Celsius. ¿Qué tan lindo es eso? ¡Eso es bastante bueno!

Aplicación de capacidad calorífica específica

Esta tabla clasifica el calor específico de las sustancias, y el agua tiene el calor específico más alto.

Como mencioné en el párrafo inicial, no todas las sustancias tienen el mismo calor específico. El calor específico del agua en realidad es bastante alto. El calor específico del alcohol es aproximadamente la mitad que el del agua; lo calculamos en el ejemplo anterior. El calor específico del aire es menor que el del alcohol. Las rocas y los metales están aún más bajos. Bueno, ¿cómo nos ayuda toda esta información?

En pocas palabras, la vida en este planeta no sería posible si no fuera por el alto calor específico del agua. Los materiales con un calor específico alto, como el agua, pueden absorber y liberar mucho calor sin mucho cambio de temperatura. Consideremos el océano. El océano absorbe calor durante el día y libera calor durante la noche, y eso nos ayuda a mantener una temperatura atmosférica relativamente constante. Es por eso que las regiones costeras tienen climas moderados en comparación con las regiones del interior. A un nivel más personal, nuestros cuerpos contienen mucha agua; de hecho, son principalmente agua. El agua de nuestro cuerpo ayuda a mantener una temperatura interna relativamente constante, y la necesitamos para mantener la vida.

Resumen de la lección

En resumen, la capacidad calorífica específica es la cantidad de energía necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia. Ahora, en este contexto, el calor a veces se denomina energía térmica, y es la energía total contenida en una sustancia. La energía es simplemente la capacidad de trabajar. La energía térmica, junto con otras formas de energía, se mide en julios (J) o calorías (cal).

La temperatura es la energía cinética promedio de una sustancia y se expresa en grados Celsius, grados Fahrenheit o Kelvin. La temperatura de una sustancia cambia a medida que se agrega o elimina calor de la sustancia.

La capacidad calorífica específica se mide determinando cuánta energía térmica se necesita para elevar un gramo de una sustancia en un grado Celsius. La capacidad calorífica específica del agua es de 4,2 julios por gramo por grado Celsius o 1 caloría por gramo por grado Celsius. Este alto calor específico del agua permite que el agua absorba y libere mucho calor y mantenga una temperatura bastante constante.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, podrá:

• Definir calor y energía específicos
• Diferenciar entre calor y temperatura
• Explica cómo calcular la capacidad calorífica específica.
• Resumir la importancia de que el agua tenga una alta capacidad calorífica específica.