Cuantificando el Calor

La energía interna se define a partir de la conversión de calor en trabajo y viceversa. Pero cómo se mide el calor? Todas las sustancias poseen energía térmica.

Cuando un sistema experimenta una diferencia de temperatura con su entorno, la energía térmica fluye desde la materia con mayor temperatura a la materia con menor temperatura. Esta transferencia de energía térmica también se conoce como transferencia de calor y se mide en Julios. La temperatura, por otro lado, describe una propiedad de la energía térmica y se mide en Celsius o Kelvin.

Por lo tanto, la temperatura es independiente de la sustancia, a diferencia del calor, que depende del número y tipo de moléculas en un sistema. El calor puede medirse con una técnica llamada calorimetría, la cual usa la relación entre el calor y un cambio de temperatura en un sistema. Cuando un trozo de hierro a 114 grados Celsius es sumergido en agua a temperatura ambiente, el calor fluye desde el hierro hacia el agua hasta que estén a la misma temperatura.

Cuando deja de haber un flujo neto de calor, ambos están en equilibrio térmico. En un sistema aislado, el agua gana exactamente la misma cantidad de calor que pierde el hierro. Pero la temperatura final está solo un grado por encima de la temperatura inicial del agua, mientras que el hierro se enfrió 93 grados Celsius.

La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura delta T.La constante de proporcionalidad C, o la capacidad calorífica"es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un sistema en un Kelvin o un grado Celsius. La capacidad calorífica depende del tipo de sustancia:un sistema con una gran capacidad calorífica como el agua necesita absorber más calor para elevar su temperatura que un sistema con una menor capacidad calorífica, como el hierro. La capacidad calorífica también depende de la masa de la sustancia.

El calor específico, Cs, o capacidad calorífica molar, Cm, describe la cantidad de calor necesaria para aumentarla temperatura de un 1 gramo o 1 mol de una sustancia en 1 grado Celsius. Por lo tanto, la unidad se expresa en Julios por gramo por grados Celsius o en Julios por mol por grados Celsius. Por lo tanto, si se conocen las capacidades caloríficas y el cambio de temperatura específicos de un sistema, el valor del calor se puede calcular a partir de su producto.