Si alguna vez caminaste por la playa en un día soleado y sumergiste los dedos de los pies en el agua para refrescarlos después de la arena caliente, Has aprovechado el calor específico del agua.
Aunque pueda parecer, el calor específico no se refiere a la temperatura exacta de algo. Es un concepto científico más amplio que tiene que ver con la energía que se necesita para calentar una sustancia. Como habrás notado en el ejemplo, no todas las sustancias se calientan al mismo ritmo —de ahí las diferentes temperaturas de la arena y el agua.
El calor específico del agua es una de sus características más interesantes. En este artículo, cubriremos qué es el calor específico, qué ecuación se utiliza para encontrar el calor específico y por qué el calor específico del agua es tan alto.
La estufa, la olla, el agua y el vapor tienen calores específicos diferentes.
¿Qué es el calor específico?
El calor específico es una medida de la capacidad calorífica, o cuánto calor puede almacenar un material cuando cambia de temperatura. Una alta capacidad calorífica significa que una sustancia puede absorber mucho calor antes de registrar un cambio de temperatura; piense en cuánto tiempo tarda una olla en calentarse al tacto en la estufa versus cuánto tiempo tarda el agua del interior en calentarse. . Eso significa que el agua tiene una mayor capacidad calorífica: puede almacenar más calor antes de cambiar de temperatura.
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El calor específico se refiere a la cantidad exacta de calor necesaria para calentar una unidad de masa de una sustancia un grado más. Volviendo a nuestro ejemplo, el calor específico identificaría exactamente cuánto calor se requiere para calentar una unidad de agua, como una taza, un grado más.
Dado que el calor es en realidad una medida de transferencia de energía, es más exacto decir que El calor específico es en realidad una declaración de cuánto energía una sustancia puede absorber ante un cambio de temperatura de un grado.
El calor específico normalmente se mide en julios y kilojulios por gramo de masa, con grados Celsius como medida de temperatura. Se pueden usar kilogramos y grados Fahrenheit, pero es más raro.
El calor específico de una sustancia puede verse afectado por la temperatura y la presión, por lo que el calor específico generalmente se determina a temperatura y presión constantes, generalmente 25 grados Celsius.
¿Cuál es la ecuación del calor específico?
La ecuación para calcular el calor específico es:
$$Q = s × m × ΔT$$
$Q$ representa la cantidad de calor, $s$ el calor específico (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m la masa de la sustancia en gramos y $ΔT$ el cambio observado en temperatura.
Diferentes tipos de agua, como el agua de mar, pueden tener diferentes calores específicos.
¿Cuál es el calor específico del agua?
Algunas sustancias se calientan rápidamente, mientras que otras se calientan lentamente. El agua es uno de estos últimos: tiene una alta capacidad calorífica específica porque requiere más energía para elevar la temperatura.
El agua tiene una capacidad calorífica específica de 4182 J/kg°C. Debido a que el agua es una sustancia tan importante y común, incluso tenemos una forma especial de identificar la cantidad de energía que se necesita para elevar un gramo de agua en un grado Celsius: una caloría. Esto es diferente del tipo de calorías del que hablamos en los alimentos. Ese tipo de caloría equivale a 1000 calorías, razón por la cual las calorías relacionadas con los alimentos a veces también se denominan kilocalorías o kcal.
El calor específico del agua es bastante mayor que el de muchas otras sustancias comunes. Por ejemplo, el calor específico del hierro es 449 J/kg°C, la arena es 830 J/kg°C y la madera de roble es 2400 J/kg°C.
Esto se debe a que el agua, compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, es electronegativa. Es más probable que un átomo electronegativo atraiga electrones hacia sí mismo, porque un lado del átomo tendrá una carga parcialmente positiva y el otro tendrá una carga parcialmente negativa. Los lados con cargas opuestas se atraen naturalmente entre sí, formando un enlace de hidrógeno más débil. Es por eso que el agua puede fluir a través de sí misma, pero también unirse; está constantemente formando y rompiendo estos enlaces.
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Estos enlaces también son la razón por la que el agua líquida tiene un alto calor específico. Cualquier energía destinada a calentar agua se divide entre romper los enlaces y calentar el agua. Debido a esto, Se necesita más energía para calentar agua que otras sustancias.
Por ejemplo, si estás en la playa en un día soleado, notarás que la arena suele estar bastante caliente para caminar, pero el agua siempre se siente fresca, incluso en aguas poco profundas. Esto se debe a que la arena tiene una capacidad calorífica específica más baja: se necesita menos energía para elevar la temperatura en un grado. Debido a que el agua tiene una alta capacidad calorífica, se requiere más energía para elevar la temperatura en un grado. El sol emite una cantidad de energía más o menos constante, lo que calienta la arena más rápidamente y el agua más lentamente.
La arena tiene un calor específico mucho menor que el agua; ¡por eso se calienta tan rápido!
Tabla de calor específico
Si aún no está familiarizado con los julios y las calorías, estos números pueden parecer un poco abstractos. Echa un vistazo a esta tabla para familiarizarte con algunos calores específicos comunes según julios y calorías, y compáralos con lo que sabes sobre cómo se calientan estas sustancias.
| Material | Calor específico en J/kg°C | Calor específico en cal/gramo°C |
| Oro | 129 | 0.031 |
| Aire | 1005 | 0.24 |
| Cuero | 1500 | 0.36 |
| Aceite de oliva | 1790 | 0.43 |
| Papel | 1336 | 0.32 |
| Sal de mesa | 880 | 0.21 |
| Arena de cuarzo | 830 | 0.19 |
| Acero | 490 | 0.12 |
| Agua líquida | 4182 | 1.00 |
| Madera | 1300 - 2400 | 0.41 |
¿Que sigue?
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