Fisica General Burbano

CAPÍTULO XV
EL CALOR Y SUS EFECTOS
A) CALORIMETRÍA
XV – 1. El calor y su medida
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Hasta el siglo XVIII al calor se le describía como un fluido que se podía mover de un cuerpo a
otro; a tal sustancia, que no se le suponía masa y que gozaba de la invisibilidad, se le llama calórico.
La teoría del calórico explicaba muchos fenómenos como el flujo de calor de un sistema caliente
a otro frío; no pudiendo explicarse otras muchas observaciones como se verá a continuación.
De esta teoría del calórico, salió la medida del calor en la unidad que aún perdura y que llamamos
CALORÍA (cal):
«Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua desde
14,5 ºC a 15,5 ºC».
Se toma este intervalo de temperatura porque al hallar la media aritmética referida a un grado
de las cantidades de calor para elevar un gramo de agua de 0 a 100 ºC, coincide con la cantidad
100
15,
5
de calor expresada en la definición. Es decir: Q
.
0 / 100 = Q14,
5
La teoría del calórico no podía dar una explicación al porqué del calor que se produce por medio
del rozamiento; fue el norteamericano Benjamin Thompson (1753-1814), el que planteó este
problema cuando estaba supervisando la perforación para la fabricación del ánima de los cañones,
rechazando la teoría del calórico y proponiendo en su lugar que el calor es una clase de movimiento,
afirmando que, por lo menos en algunas circunstancias, el calor se produce al realizar
trabajo mecánico. Esta idea fue seguida por un cervecero inglés, James Prescott Joule (1818-
1889), el cual realizó varios experimentos que se describirán en el tema siguiente y que resultaron
cruciales en el establecimiento de nuestra imagen presente de que:
EL CALOR es una forma de energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia
de temperatura.
Joule, como resultado de sus investigaciones, encontró que determinada cantidad de energía
era siempre equivalente a una cierta cantidad de calor; cuantitativamente, 4,186 J de energía son
equivalentes a 1 cal de calor, esto se conoce como EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR:
a partir de este resultado, los científicos interpretaron al calor no como un fluido que se transfiera
de uno a otros sistemas con distinto nivel térmico, sino como una forma más de energía.
Para los intercambios de calor Q, y trabajo W, de un sistema con el medio exterior convenimos
en que (Fig. XV-1):
1. El sistema absorbe calor, Q > 0
2. El sistema cede calor, Q < 0
3. El sistema realiza trabajo, W > 0
4. El sistema recibe trabajo, W < 0
XV – 2. Calor específico
1 cal = 4,
186 J
«Se llama CALOR ESPECÍFICO medio a la cantidad de calor absorbido o emitido por la unidad
de masa de una sustancia cuando su temperatura varía en un grado».
Q
c = ∆ M ∆ T
siendo ∆Q la cantidad de calor necesaria para elevar la masa M de la sustancia un intervalo de
temperatura ∆T. Por lo tanto:
∆Q=
Mc ∆T
CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA
t ºC J / kg · K cal /g · K
000
010
015
020
030
040
050
060
070
080
090
100
4 218
4 192
4 186
4 182
4 179
4 179
4 181
4 184
4 190
4 196
4 205
4 216
1,007 6
1,001 4
1,000 0
0,999 0
0,998 3
0,998 3
0,998 8
0,999 5
1,001 0
1,002 4
1,004 5
1,007 2
Fig. XV-1.– Convenimos que el calor
Q es positivo si es absorbido del ambiente
por el sistema y negativo si es
calor cedido por el sistema al ambiente;
el trabajo W es positivo si es
realizado por el sistema sobre el medio
exterior, y negativo si se considera
realizado por el medio exterior sobre
el sistema.
es la cantidad de calor necesaria para producir una variación de temperatura en cualquier sustancia.