Capacidad térmica

La capacidad calorífica de un objeto  es la cantidad de calor necesario para   aumentar su temperatura en un  grado Celsius o en un Kelvin. La capacidad calorífica específica, que a  menudo es llamada simplemente calor específico,   es la capacidad calorífica  de un gramo de una sustancia,   mientras que la capacidad calorífica molar es la  capacidad calorífica de un mol de una sustancia. Simbolizamos el calor específico con una  C mayúscula y a la capacidad calorífica   molar la simbolizamos con una  C mayúscula y un subíndice m. Primero veamos el calor específico. El calor específico del agua es igual a 4.18 joules sobre gramo grados Celsius. Esto significa que si tenemos un gramo de  agua líquida, y digamos que la temperatura   inicial es de 14.5 grados Celsius,  se requieren 4.18 joules positivos   de energía para aumentar la temperatura  de ese gramo de agua un grado Celsius. Por lo tanto, la temperatura final del agua  será de 15.5 grados Celsius  después de sumar 4.18 joules. A continuación, calculemos la capacidad calorífica  molar del agua a partir del calor específico. Si multiplicamos el calor específico del agua por  la masa molar del agua que es 18.0 gramos por mol,   los gramos se cancelan y esto es igual  a 75.2 joules por mol grado Celsius. Y esta es la capacidad calorífica molar del agua. Digamos que tenemos 18.0 gramos de  agua, si lo dividimos entre la masa   molar del agua que es 18.0 gramos por mol,  los gramos se cancelan y eso nos da un mol   de agua líquida. Un mol de H2O. Usando la capacidad calorífica molar del  agua, se requieren 75.2 joules positivos  de energía para aumentar la temperatura de esos 18.0 gramos de agua un grado Celsius. A continuación, calculemos cuánto calor es  necesario para calentar 250 gramos de agua   desde una temperatura inicial de 22 grados Celsius  hasta una temperatura final de 98 grados Celsius. Usando las unidades para el calor específico,  que son joules sobre gramo grados Celsius,   podemos reescribir que el  calor específico es igual a:  Joules es la cantidad de calor que se  transfiere, así que podríamos escribir q.  Gramos es la masa de la sustancia  y los grados Celsius nos están   indicando el cambio de temperatura, delta T. De modo que si multiplicamos ambos lados por   m delta T, obtenemos la siguiente  ecuación: q es igual a mC delta T. Y podemos usar esta ecuación para  calcular el calor transferido   para diferentes sustancias con  diferentes calores específicos. Sin embargo, en este momento solo nos  interesa nuestra agua líquida y saber   cuánto calor se necesita para aumentar la  temperatura de nuestra agua de 22 grados   Celsius hasta una temperatura  final de 98 grados Celsius. Para encontrar el cambio en la temperatura, a la temperatura final le restamos la   temperatura inicial. Esto es 98 grados Celsius  menos 22, lo que es igual a 76 grados Celsius. A continuación, podemos sustituir  todo en nuestra ecuación.  q es lo que estamos tratando de calcular.  m es la masa de la sustancia,  que es igual a 250 gramos.  C es el calor específico del agua que es igual  a 4.18 joules sobre gramo grados Celsius,   y delta T, que acabamos de calcular,  es igual a 76 grados Celsius. Así que sustituyamos todo en nuestra ecuación. q sería igual a la masa que es 250 gramos.  El calor específico del agua es igual a  4.18 joules sobre gramo grados Celsius.  Y el cambio de temperatura  es igual a 76 grados Celsius. Así que si observamos esto nos damos cuenta de  que los gramos se cancelan, los grados Celsius   se cancelan y nos queda que q es igual a 79,420  joules o considerando dos cifras significativas,   q es igual a 7.9 multiplicado por 10  elevado a la cuarta potencia joules. De modo que 7.9 por 10 a la cuarta potencia  joules de energía tienen que ser transferidos   al agua para aumentar la temperatura del agua  de 22 grados Celsius a 98 grados Celsius. El calor específico puede variar  ligeramente con la temperatura. Por eso,   la temperatura a menudo se especifica cuando  observamos una tabla de calor específico. Por ejemplo, en la columna de la izquierda tenemos diferentes sustancias,   en la columna de la derecha tenemos  sus calores específicos a 298 Kelvin. Así que podríamos usar joules  sobre gramo grados Celsius como   las unidades para el calor específico, o  podríamos usar joules sobre gramo Kelvin. Para el agua líquida, el calor  específico es 4.18 a 298 Kelvin.  Para el aluminio, aluminio sólido,  el calor específico es 0.90.  Y para el hierro sólido, el calor específico  es de 0.45 joules sobre gramo Kelvin. Comparemos los dos metales de nuestra tabla,  comparemos el aluminio sólido y el hierro sólido. De modo que vamos a sumar 1.0 por 10 al cuadrado joules de energía a   ambos metales y ver qué sucede en  términos del cambio de temperatura. Primero, hagamos el cálculo para el aluminio. q es igual a mC delta T y estamos sumando   1.0 por 10 al cuadrado joules. Y digamos que tenemos 10 gramos de   nuestros dos metales... entonces aquí tenemos 10.0  gramos de aluminio y multiplicamos por el calor   específico del aluminio, que es 0.90… 0.90 joules  sobre gramo Kelvin, multiplicado por delta T. Cuando hacemos los cálculos cancelamos los joules,   cancelamos los gramos y encontramos que delta  T es igual a 11 Kelvin u 11 grados Celsius,   realmente no importa qué unidades  usemos aquí para el calor específico. En seguida haremos el mismo  cálculo para el hierro,   así que sumamos la misma cantidad de calor,  1.0 por 10 al cuadrado joules de energía.  Podemos sustituirlo... 1.0 por 10  al cuadrado joules, estamos tratando   con la misma masa de modo que tenemos 10.0  gramos de hierro pero esta vez usaremos el   calor específico del hierro que es 0.45 joules  sobre gramo Kelvin multiplicado por delta T. Una vez más, los joules se cancelan,   los gramos se cancelan y obtenemos que delta  T es igual a 22 Kelvin, o 22 grados Celsius. Lo que podemos aprender después de hacer estos   dos cálculos es que se agregó la misma  cantidad de calor a las dos sustancias,   la masa de las dos sustancias era la misma,  la diferencia eran sus calores específicos. El hierro tiene un calor específico más  bajo que el aluminio y debido a que el   calor específico del hierro es más bajo, es  más fácil cambiar la temperatura del hierro. Entonces, cuanto menor sea el valor del  calor específico, el cambio de temperatura  será mayor. También podríamos decir que cuanto  mayor sea el valor del calor específico,   el cambio de temperatura será menor. Y volviendo a nuestro gráfico, el agua líquida  tiene un calor específico relativamente alto   lo que significa que la temperatura del  agua es relativamente resistente al cambio.