Para que una sustancia aumente su temperatura, se necesita una cierta cantidad de energía en forma de calor. Esta cantidad de energía es lo que se conoce como calor específico, también conocida como la capacidad calorífica específica.
El calor específico es lo que explica que una cuchara de madera se caliente más lentamente que una cuchara de metal, y que usemos ciertos materiales para construir herramientas y utensilios según su uso.
De aquí que la definición en física de calor específico es:
la cantidad de energía que se tiene que transferir a una unidad de masa de sustancia para aumentar su temperatura en un grado.
Usemos como ejemplo el agua: si se transfiere 4182 joules de energía a un kilogramo de agua a temperatura ambiente, su temperatura subirá un grado. Entonces, el calor específico del agua es 4182 joules por kilogramo grado.
Unidades del calor específico
El calor específico se puede expresar en diferentes unidades, que siempre deben reflejar las unidades de energía, de masa y de temperatura.
En el sistema internacional la unidad es joule (energía) por kilogramo (masa) kelvin (temperatura) o J/kg.K. Por ejemplo, el calor específico del acero es 502 J/kg .K; esto significa que para que un kilogramo de acero aumente su temperatura en 1 kelvin necesita 502 joules de energía.
También podemos expresar el calor específico en calorías por gramo grados Celsius (cal/g.ºC). Siguiendo con el ejemplo del acero, el calor específico es 0,12 cal/g.ºC, es decir, para subir en un grado Celsius la temperatura de un gramo de acero se requiere 0,12 calorías.
Características del calor específico
El calor específico es una propiedad física intensiva, que no depende de la cantidad de la sustancia. Por otro lado, el calor específico puede variar a diferentes temperaturas, es decir, la cantidad de energía que se necesita transferir para subir la temperatura un grado Celsius no es la misma a temperatura ambiente que a 100ºC o a 0ºC.
El ejemplo mejor conocido es la dependencia de la temperatura del calor específico del agua, como veremos en la siguiente tabla:
| Temperatura (ºC) | J/kg.K | Cal/g.ºC |
|---|---|---|
| 0 | 4 218 | 1,007 |
| 10 | 4 192 | 1,001 |
| 20 | 4 182 | 0,998 |
| 30 | 4 178 | 0,997 |
| 40 | 4 178 | 0,997 |
| 50 | 4 181 | 0,998 |
| 60 | 4 184 | 0,999 |
| 70 | 4 189 | 1,000 |
| 80 | 4 196 | 1,002 |
| 90 | 4 205 | 1,004 |
| 100 | 4 216 | 1,007 |
¿Cómo se calcula el calor específico?
El calor específico, que se designa por la letra c minúscula, puede calcularse por la siguiente fórmula:
donde Q es la cantidad de energía transferida al cuerpo, m es la masa de la sustancia y ΔT es la diferencia entre la temperatura final e inicial.
Por ejemplo, un bloque de aluminio de 0,100 kg al que se le transfiere 897 J entre los 20ºC y los 30ºC tendrá un calor específico de:
Vea también Fórmulas de física.
Tabla de valores de calor específico de diferentes sustancias
Te presentamos el valor de calor específico de diferentes sustancias de importancia en la vida cotidiana, expresadas en las dos unidades más utilizadas J/kg.K y cal/g.ºC:
| Sustancia | J/kg.K | Cal/g. ºC |
|---|---|---|
| Acero | 502 | 0,12 |
| Alcohol etílico (etanol) | 2 438 |
0,582 |
| Aluminio | 897 | 0,214 |
| Arena | 780 | 0,186 |
| Carbono (grafito) | 709 | 0,169 |
| Cobre | 385 | 0,091 |
| Estaño | 227 | 0,054 |
| Glicerol | 2 377 | 0,567 |
| Helio | 5 193 | 1,240 |
| Hidrógeno (H2) | 14 304 | 3,416 |
| Hielo (-10ºC) | 2 220 | 0,530 |
| Hierro | 449 | 0,107 |
| Magnesio | 1 023 | 0,244 |
| Níquel | 444 | 0,106 |
| Nitrógeno (N2 | 1 040 | 0,248 |
| Oro | 129 | 0,031 |
| Oxígeno (O2) | 918 | 0,219 |
|
Peróxido de hidrógeno (H2O2) |
2 619 | 0,625 |
| Plata | 235 | 0,056 |
| Platino | 133 | 0,032 |
| Plomo | 130 | 0,031 |
| Titanio | 523 | 0,125 |
| Vidrio | 792 | 0,189 |
| Zinc | 388 | 0,093 |
| Zirconio | 278 | 0,066 |
Ver también Transferencia de calor.
Ejercicios de calor específico resueltos
1. Un recipiente con 2 litros de agua a 18ºC se coloca sobre una hornilla. ¿Cuánta energía se le tiene que aplicar para que suba su temperatura a 30ºC?
2. Se tienen dos recipientes A y B con la misma masa, pero diferente material, uno está hecho de aluminio y el otro de acero. Ambos recipientes se colocan sobre una estufa por el mismo tiempo, pero el recipiente B alcanza una mayor temperatura que el recipiente A. ¿De qué está hecho el recipiente B?
3. En el gráfico siguiente se muestran los datos de energía transferida y variación de temperatura de dos muestras, A y B, de igual masa y diferente material:
¿Cuál de los dos materiales, A o B, tiene un calor específico mayor?
Referencias
Lide, D.R. ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Internet version 2005, http://www.hbcpnetbase.com. CRC Press, Boca Ratón, Florida.
Sears, F., Zemansky, M., Young, H,D., Freedman, R.A. (2009) Física Universitaria volumen 1, 12a edición. Pearson Educación, México.