Capacidad calorífica 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:

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.

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.

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

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  Representación de la capacidad calorífica adimensional dividida por tres, en función de la temperatura, según el modelo de Debye y el primer modelo de Einstein.

Véase también

En inglés: Heat capacity Facts for Kids

• Almacenamiento de calor
• Agua