Si la capacidad calorífica específica es grande, entonces la misma sustancia se enfriará más.
Si no hay cambio de fase y el calor específico c puede considerarse constante, el calor suministrado es Q = mcΔT. Con los mismos Q y m, ΔT = Q/(mc), por lo que un calor específico mayor produce un cambio de temperatura menor. El agua tiene mayor calor específico que muchos metales y requiere más energía para calentar la misma masa en la misma medida.
La capacidad calorífica C = mc representa la energía necesaria para elevar la temperatura de un objeto entero en 1 K. La unidad para el calor específico es J/(kg·K), y la unidad para la capacidad calorífica es J/K. Incluso con el mismo material, la capacidad calorífica aumenta a medida que aumenta la cantidad, mientras que el calor específico permanece constante bajo las mismas condiciones.
¿Cuándo el mismo tiempo de calentamiento y la misma cantidad de calor producen el mismo resultado?
Cuando se aplica una potencia de calentamiento específica, P, a todas las muestras, se alcanza Q = Pt. Si la potencia varía, incluso si se calientan durante el mismo tiempo, la cantidad de calor recibida será diferente. En experimentos comparativos, se verifica qué entre la masa, la potencia de calentamiento y el tiempo se mantuvo constante.
Si el calor se disipa hacia el entorno o también calienta el recipiente, no toda la energía eléctrica del calentador eleva la temperatura de la muestra. La medición del calor específico requiere tener en cuenta la capacidad calorífica del recipiente, la pérdida de calor y la respuesta del termómetro.
Distingue el cambio de temperatura del cambio de fase
La diferencia de temperatura de 1 °C tiene la misma magnitud que 1 K, por lo tanto, se puede utilizar el mismo valor numérico para ΔT. Sin embargo, la temperatura absoluta de 20 °C y 20 K no son iguales. Cuando el calor recibido se representa como un valor positivo y el calor liberado se representa como un valor negativo, el proceso de enfriamiento también puede expresarse de la misma manera.
Durante los períodos en que el hielo se está derritiendo o el agua se está hirviendo, la temperatura puede permanecer constante incluso si se añade energía. Esto ocurre dentro de un rango que requiere calor latente, y no puede explicarse únicamente con Q = mcΔT. El experimento abarca un rango donde el calor específico es constante y no hay pérdida de calor debido a cambios de fase.
Relaciones y símbolos clave
Q = mcΔT · C = mc · Q = Pt (potencia constante, sin pérdidas)
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| Q | Calor recibido por el objeto | J |
| m | masa | kg |
| c | calor específico | J/(kg·K) |
| ΔT | temperatura final − temperatura inicial | K o °C |
Ejemplo resuelto
¿Cuánto aumenta la temperatura de 0.5 kg de agua cuando recibe 4200 J de calor?
Con el calor específico del agua de la simulación, 4200 J/(kg·K), se obtiene ΔT = 4200/(0.5 × 4200) = 2 K. Sin pérdidas de calor, equivale a la energía suministrada con 100 W durante 42 segundos. Duplicar la masa de agua reduce a la mitad el aumento de temperatura.
Errores frecuentes
- Una sustancia con un alto calor específico no experimenta un aumento de temperatura mayor para la misma cantidad de calor suministrada.
- Proporcionar calor no siempre resulta en un aumento de la temperatura. Cuando se encuentra en la región de transición de fase, se considera la calor latente.
Explorar este concepto con experimentos
Comparando los incrementos de temperatura cuando solo se cambia el material, manteniendo la misma masa, potencia y tiempo; o cuando solo se cambia la masa, manteniendo la misma potencia y tiempo.
Conducción térmica en una barraPor favor, compare el concepto de una propiedad de almacenamiento de calor y la velocidad a la que se transfiere el calor – estos son conceptos distintos.