Calor. Equivalente mecánico del calor

El calor es una forma de transferencia de energía desde un sistema termodinámico hacia sus alrededores o viceversa que no está asociado a un movimiento ordenado (trabajo) ni a un intercambio de materia. El calor absorbido o cedido por un sistema termodinámico depende en general del tipo de transformación termodinámica que ha experimentado, y normalmente (aunque no siempre) está asociado a una diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores.

Cuando un sistema intercambia calor con sus alrededores dicho calor no es almacenado por el sistema. Un sistema almacena energía en forma de energía interna. El calor es por tanto una transferencia de energía interna entre un sistema y sus alrededores.

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La unidad de calor en el Sistema Internacional es el julio (J).

Cuando un sistema intercambia (absorbe o cede) calor con sus alrededores su temperatura en general cambia (aumenta o disminuye). La variación de temperatura que experimenta depende de la cantidad de materia que tiene el sistema, del tipo de sustancia que es y de su temperatura inicial. La magnitud física que refleja esta relación se denomina calor específico c. En el Sistema Internacional:

Es la energía necesaria para elevar en un 1 grado la temperatura de 1 kg de masa.

El calor específico es una magnitud intensiva que en general depende de la temperatura, aunque para muchas aplicaciones puede considerarse aproximadamente constante. De su definición se deduce que sus unidades en el Sistema Internacional son (J/kg K).

Si la cantidad de sustancia se mide en moles, la magnitud equivalente es la capacidad calorífica molar.

La ecuación que relaciona la variación de temperatura de un sistema con su masa y con el calor intercambiado en un proceso es:

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Equivalente mecánico del calor

Desde finales del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX, fueron varios los científicos que se interrogaron sobre la naturaleza del calor. Propusieron varias teorías y experimentos para explicar su origen hasta que James Prescott Joule propuso un experimento para demostrar que el calor no es más que una forma de energía que puede ser obtenida a partir de la energía mecánica (trabajo).

Con ayuda de su experimento demostró que se puede aumentar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica (potencial). La energía mecánica necesaria para subir la temperatura del agua desde 14,5ºC a 15,5ºC era de 4,18 J por cada gramo. Por otra parte, la caloría se define como:

La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14,5ºC a 15,5ºC.

Es necesario especificar la temperatura ya que el calor específico del agua depende de la misma.

Por tanto,

Que es el equivalente mecánico del calor.

Cuando en los envases aparece escrito el valor energético de los alimentos, aunque coloquialmente se habla de calorías en realidad las cifras que aparecen están expresadas en kilocalorías (kcal).

La conversión entre kilocalorías y calorías es:

Criterio de signos: El calor absorbido por un sistema es positivo. El calor cedido por un sistema a sus alrededores es negativo.

La página Calor. Equivalente mecánico del calor ha sido originalmente publicada en YouPhysics