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Capacidad calorífica para niños

Enciclopedia para niños

La capacidad calorífica (también llamada capacidad térmica) de un objeto o material nos dice cuánta energía en forma de calor necesita para que su temperatura aumente un poco. Imagina que tienes una olla de agua y un trozo de metal del mismo tamaño. Si les das la misma cantidad de calor, el metal se calentará mucho más rápido que el agua. Esto es porque el agua tiene una capacidad calorífica más alta, lo que significa que necesita más energía para subir su temperatura.

La capacidad calorífica es una propiedad que depende de la cantidad de material. Por ejemplo, una piscina olímpica llena de agua tiene una capacidad calorífica mucho mayor que un vaso de agua. Esto se debe a que la piscina tiene mucha más agua.

No debemos confundir la capacidad calorífica con el calor específico. El calor específico es una propiedad que nos dice cuánta energía necesita una sustancia para que una cantidad específica de ella (por ejemplo, un kilogramo) aumente su temperatura en un grado. Es como la "receta" de cada material para calentarse. El calor específico es una característica propia de cada sustancia, sin importar la cantidad.

¿De dónde viene la idea de capacidad calorífica?

Hace mucho tiempo, antes de que entendiéramos bien la energía, la gente pensaba que el calor era un tipo de fluido invisible llamado "calórico". Creían que los objetos podían "almacenar" este fluido. Por eso, usaban el término "capacidad calorífica".

Un científico escocés llamado Joseph Black fue uno de los primeros en investigar y nombrar este concepto en la década de 1750. Hoy sabemos que el calor no es un fluido, sino una forma de energía que se transfiere. Sin embargo, el nombre "capacidad calorífica" o "capacidad térmica" se sigue usando.

¿Cómo se mide la capacidad calorífica?

Para saber la capacidad calorífica de un material, necesitamos medir cuánto calor absorbe y cuánto sube su temperatura. La fórmula básica es:

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = \frac{Q}{\Delta T}

Donde:

  • C es la capacidad calorífica (se mide en julios por kelvin, J/K, o calorías por grado Celsius, cal/°C).
  • Q es la cantidad de calor que el material absorbe (se mide en julios, J, o calorías, cal).
  • ΔT es el cambio o aumento de temperatura (se mide en kelvin, K, o grados Celsius, °C).

Si queremos saber el calor específico (c) de una sustancia, usamos esta otra fórmula:

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = c \cdot m

O, lo que es lo mismo:

Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): c = \frac{C}{m}

Donde:

  • c es el calor específico.
  • m es la masa del material (la cantidad de sustancia).

Esto significa que cuanto más material tengas (mayor masa), mayor será su capacidad calorífica. Por eso, es más difícil calentar una gran cantidad de agua que una pequeña.

Capacidad calorífica en diferentes materiales

Los materiales se calientan de manera diferente. Por ejemplo, los metales se calientan y enfrían rápidamente, mientras que el agua tarda más. Esto se debe a cómo se mueven las partículas dentro de cada material.

Calor sensible

El calor sensible es la energía que un material gana o pierde y que causa un cambio en su temperatura, pero sin que cambie de estado (es decir, sin que se derrita, evapore o congele). Es el calor que "sentimos" como un aumento o disminución de temperatura.

Conductividad térmica

La conductividad térmica es la capacidad de un material para transferir calor a través de él. Algunos materiales, como los metales, son buenos conductores de calor, mientras que otros, como la madera o el aire, son malos conductores (son aislantes).

Ejemplos de capacidad calorífica en materiales comunes

Aquí puedes ver cómo se comparan algunos materiales comunes en su capacidad para almacenar calor:

Material Calor específico

kcal/kg °C

Densidad

kg/m³

Capacidad calorífica volumétrica

kcal/m³ °C

Agua 1 1000 1000
Acero 0,12 7850 942
Tierra seca 0,44 1500 660
Granito 0,19 2645 529
Madera de roble 0,57 750 427,5
Ladrillo 0,20 2000 400
Madera de pino 0,6 640 384
Piedra arenisca 0,17 2200 374
Piedra caliza 0,22 2847 484
Hormigón 0,16 2300 368
Mortero de yeso 0,2 1440 288
Tejido de lana 0,32 111 35,52
Poliestireno expandido 0,4 25 10
Poliuretano expandido 0,38 24 9,12
Fibra de vidrio 0,19 15 2,85
Aire 0,24 1,2 0,29

Como puedes ver en la tabla, el agua tiene una capacidad calorífica muy alta. Por eso, las ciudades cerca del mar tienen temperaturas más suaves, ya que el agua del océano ayuda a mantener el calor. Materiales como el acero, la tierra seca y el granito también tienen una buena capacidad para almacenar calor.

Por otro lado, los materiales aislantes como el poliestireno expandido o la fibra de vidrio tienen una capacidad calorífica muy baja. Esto significa que no almacenan mucho calor, pero son excelentes para evitar que el calor se escape o entre en un lugar. El aire, por ejemplo, no almacena mucho calor, pero es un buen medio para transportarlo.

Capacidad calorífica de los elementos químicos

La capacidad térmica de los elementos químicos puros se mide en condiciones de laboratorio (a 25°C y 100 kPa de presión).

Estos valores, expresados en julios por mol y por kelvin (J/mol·K), son:

  • El valor más alto es de 37.030 J/mol·K para el gadolinio.
  • El valor más bajo es de 8.517 J/mol·K para el carbono.
H
28,836
He
20,786
Li
24,86
Be
16,443
B
11,087
C
8,517
N
29,124
O
29,378
F
31,304
Ne
20,786
Na
28,23
Mg
24,869
Al
24,2
Si
19,789
P
23,824
S
22,75
Cl
33,949
Ar
20,786
K
29,6
Ca
25,929
Sc
25,52
Ti
25,06
V
24,89
Cr
23,35
Mn
26,32
Fe
25,1
Co
24,81
Ni
26,07
Cu
24,44
Zn
25,39
Ga
25,86
Ge
23,222
As
24,64
Se
25,363
Br
75,69
Kr
20,786
Rb
31,06
Sr
26,4
Y
26,53
Zr
25,36
Nb
24,6
Mo
24,06
Tc Ru
24,06
Rh
24,98
Pd
25,98
Ag
25,35
Cd
26,02
In
26,74
Sn
27,112
Sb
25,23
Te
25,73
I
54,43
Xe
20,786
Cs
32,21
Ba
28,07
*
Hf
25,73
Ta
25,36
W
24,27
Re
25,48
Os
24,7
Ir
25,1
Pt
25,86
Au
25,418
Hg
27,8419
Tl
26,32
Pb
26,65
Bi
25,52
Po At Rn
Fr Ra
20,786
**
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
*
La
27,11
Ce
26,94
Pr
27,2
Nd
27,45
Pm Sm
29,54
Eu
27,66
Gd
37,03
Tb
28,91
Dy
27,7
Ho
27,15
Er
28,12
Tm
27,03
Yb
26,74
Lu
26,86
**
Ac
27,2
Th
26,23
Pa U
27,665
Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


Los mismos valores, convertidos en julios por gramo y por kelvin (J/g·K), son:

  • El valor más alto es de 14.304 J/g·K para el hidrógeno.
  • El valor más bajo es de 0.094 J/g·K para el radio.
H
14,304
He
5,193
Li
3,582
Be
1,825
B
1,026
C
0,709
N
1,04
O
0,918
F
0,824
Ne
1,03
Na
1,228
Mg
1,023
Al
0,897
Si
0,712
P
0,769
S
0,708
Cl
0,479
Ar
0,52
K
0,757
Ca
0,647
Sc
0,568
Ti
0,523
V
0,489
Cr
0,449
Mn
0,479
Fe
0,449
Co
0,421
Ni
0,444
Cu
0,385
Zn
0,388
Ga
0,373
Ge
0,32
As
0,329
Se
0,321
Br
0,474
Kr
0,248
Rb
0,363
Sr
0,306
Y
0,298
Zr
0,278
Nb
0,265
Mo
0,251
Tc Ru
0,238
Rh
0,243
Pd
0,246
Ag
0,235
Cd
0,232
In
0,233
Sn
0,227
Sb
0,27
Te
0,202
I
0,214
Xe
0,158
Cs
0,242
Ba
0,204
*
Hf
0,144
Ta
0,14
W
0,132
Re
0,137
Os
0,13
Ir
0,131
Pt
0,133
Au
0,129
Hg
0,1388
Tl
0,129
Pb
0,13
Bi
0,122
Po At Rn
Fr Ra
0,094
**
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
*
La
0,195
Ce
0,192
Pr
0,193
Nd
0,19
Pm Sm
0,197
Eu
0,182
Gd
0,236
Tb
0,182
Dy
0,173
Ho
0,165
Er
0,168
Tm
0,16
Yb
0,155
Lu
0,154
**
Ac
0,12
Th
0,118
Pa U
0,116
Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr


Archivo:Thermally Agitated Molecule
En función de su movilidad interna, las moléculas pueden acumular energía de agitación según sus grados de libertad internos, lo que contribuye a su capacidad térmica.

Galería de imágenes

Véase también

Kids robot.svg En inglés: Heat capacity Facts for Kids

  • Almacenamiento de calor
  • Agua
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Capacidad calorífica para Niños. Enciclopedia Kiddle.