El calor (página 2)

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Calor
específico molar

El calor específico de una sustancia es un
índice importante de su constitución molecular
interna, y a menudo da información valiosa de los detalles
de su ordenación molecular y de las fuerzas
intermoleculares. En este sentido, con frecuencia es muy
útil hablar de calor específico molar
denotado por cm, y definido como la cantidad de energía
necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia
en 1 grado es decir, está definida por:

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donde n indica la cantidad de moles en la sustancia
presente.

Capacidad calorífica

La capacidad calorífica de una sustancia es una
magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta
dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el
suministro de calor. Se denota por C y se define como:

Cambios de
fase

Artículo principal: Estado de
agregación

En la naturaleza existen tres estados usuales de la
materia: sólido, líquido y gaseoso. Al aplicarle
calor a una sustancia, ésta puede cambiar de un estado a
otro. A estos procesos se les conoce como cambios de fase.
Los posibles cambios de fase son:

de estado sólido a líquido, llamado
fusión,
de estado líquido a sólido, llamado
solidificación,
de estado líquido a gaseoso, llamado
evaporación o vaporización,
de estado gaseoso a líquido, llamado
condensación,
de estado sólido a gaseoso, llamado
sublimación progresiva,
de estado gaseoso a sólido, llamado
sublimación regresiva o deposición,
de estado gaseoso a plasma, llamado
ionización.

Calor
latente

Artículo principal: Calor
latente

Un cuerpo sólido puede estar en equilibrio
térmico con un líquido o un gas a cualquier
temperatura, o que un líquido y un gas pueden estar en
equilibrio térmico entre sí, en una amplia gama de
temperaturas, ya que se trata de sustancias diferentes. Pero lo
que es menos evidente es que dos fases o estados de
agregación , distintas de una misma sustancia, puedan
estar en equilibrio térmico entre sí en
circunstancias apropiadas.

Un sistema que consiste en formas sólida y
líquida de determinada sustancia, a una presión
constante dada, puede estar en equilibrio térmico, pero
únicamente a una temperatura llamada punto de
fusión simbolizado a veces como tf. A esta temperatura, se
necesita cierta cantidad de calor para poder fundir cierta
cantidad del material sólido, pero sin que haya un cambio
significativo en su temperatura. A esta cantidad de
energía se le llama calor de fusión, calor
latente de fusión o entalpía de fusión, y
varía según las diferentes sustancias. Se denota
por Lf. El calor de fusión representa la energía
necesaria para deshacer la fase sólida que está
estrechamente unida y convertirla en líquido. Para
convertir líquido en sólido se necesita la misma
cantidad de energía, por ellos el calor de fusión
representa la energía necesaria para cambiar del estado
sólido a líquido, y también para pasar del
estado líquido a sólido. El calor de fusión
se mide en:

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De manera similar, un líquido y un vapor de una
misma sustancia pueden estar en equilibrio térmico a una
temperatura llamada punto de ebullición simbolizado por
te. El calor necesario para evaporar una sustancia en estado
líquido ( o condensar una sustancia en estado de vapor )
se llama calor de ebullición o calor latente de
ebullición o entalpía de
ebullición, y se mide en las mismas unidades que el
calor latente de fusión. Se denota por Le.

En la siguiente tabla se muestran algunos valores de los
puntos de fusión y ebullición y entalpías de
algunas sustancias:

Transmisión de
calor

Artículo principal: Transmisión
de calor

El calor puede ser transmitido de tres formas distintas:
por conducción, por convección o por
radiación.

Conducción térmica: es el proceso que
se produce por contacto térmico entre dos ó
más cuerpos, debido al contacto directo entre las
partículas individuales de los cuerpos que
están a diferentes temperaturas, lo que produce que
las partículas lleguen al equilibrio térmico.
Ej: cuchara metálica en la taza de
té.
Convección térmica: sólo se
produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica
movimiento de volúmenes de fluido de regiones que
están a una temperatura, a regiones que están a
otra temperatura. El transporte de calor está
inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. Ej.:
los calefactores dentro de la casa.
Radiación térmica: es el proceso por
el cual se transmite a través de ondas
electromagnéticas. Implica doble transformación
de la energía para llegar al cuerpo al que se va a
propagar: primero de energía térmica a radiante
y luego viceversa. Ej.: La energía solar.

La conducción pura se presenta sólo en
materiales sólidos.

La convección siempre está
acompañada de la conducción, debido al contacto
directo entre partículas de distinta temperatura en un
líquido o gas en movimiento.

En el caso de la conducción, la temperatura de
calentamiento depende del tipo de material, de la sección
del cuerpo y del largo del cuerpo. Esto explica porqué
algunos cuerpos se calientan más rápido que otros a
pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les entregue
la misma cantidad de calor.

Conductividad térmica

La conductividad térmica de un cuerpo está
dada por:

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Medida experimental
del calor

Para determinar, de manera directa, el calor que se pone
de manifiesto en un proceso de laboratorio, se suele emplear un
calorímetro. En esencia, se trata de un recipiente que
contiene el líquido en el que se va a estudiar la
variación de energía por transferencia de calor y
cuyas paredes y tapa (supuestamente adiabáticas) deben
aislarlo, al máximo, del exterior.

Un termo de paredes dobles de vidrio, cuyas superficies
han sido previamente metalizadas por deposición y que
presenta un espacio vacío entre ellas es, en principio, un
calorímetro aceptable para una medida aproximada de la
transferencia de calor que se manifiesta en una
transformación tan sencilla como esta. El termo se llama
vaso Dewar y lleva el nombre del físico y químico
escocés James Dewar pionero en el estudio de las bajas
temperaturas. En la tapa aislante suele haber un par de orificios
para introducir un termómetro, con el que se
evaluaría el incremento (o decremento) de la temperatura
interior del líquido, y un agitador para tratar de
alcanzar el equilibrio térmico en su interior, lo
más rápido posible, usando un sencillo mecanismo de
convección forzada.

No sólo el líquido contenido en el
calorímetro absorbe calor, también lo absorbe las
paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde
calor. Esta intervención del calorímetro
en el proceso se representa por su equivalente en agua. La
presencia de esas paredes, no ideales, equivale a
añadir al líquido que contiene, los gramos de agua
que asignamos a la influencia del calorímetro y que
llamamos "equivalente en agua". El "equivalente en agua" viene a
ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor
que el calorímetro".