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354 Capítulo 17 Cantidad de calor
relacione con la cantidad de calor absorbido o liberado durante un cambio en la temperatura.
Como un paso para establecer esta propiedad, vamos a definir primero la capacidad calorífica.
La ca pacidad calorífica de un cu erpo es la relación del ca lo r su m inistra do resp
e cto al co rre sp o n d ie n te increm e nto de te m p e ra tu ra del cuerpo.
Q
Capacidad calorífica = — (17.2)
Las unidades del SI para la capacidad calorífica son joules por kelvin (J/K), pero puesto
que el intervalo Celsius es el mismo que el kelvin y se usa con más frecuencia, en este texto
se usará el joule por grado Celsius (J/°C). Otras unidades son las calorías por grado Celsius
(cal/°C), kilocalorías por grado Celsius (kcal/°C), y los Btu por grado Fahrenheit (Btu/°F).
En los ejemplos anteriores se requirieron 89.4 cal de calor para elevar la temperatura de
la esfera de hierro en 100°C. Por consiguiente, la capacidad calorífica de esta esfera de hierro
específica es de 0.894 cal/°C.
La masa de un objeto no se incluye en la definición de capacidad calorífica. Por tanto, la
capacidad calorífica es una propiedad del objeto. Para que sea una propiedad del material, se
define la capacidad calorífica por unidad de masa. A esta propiedad se le llama calor específico
(o capacidad calorífica específica) y se simboliza por c.
El ca lo r específico de un m aterial es la ca ntid ad de calor necesario para elevar
un g ra d o la te m p e ra tu ra de una unidad de masa.
Q
c = Q = me A t (17.3)
m At
La unidad del SI para el calor específico designa al joule para el calor, al kilogramo para
la masa, y al kelvin para la temperatura. Si nuevamente reemplazamos el kelvin con el grado
Celsius, las unidades de c son J/(kg • °C). En la industria, la mayor parte de las mediciones
de temperatura se hacen en °C o °F, y la caloría y el Btu se siguen usando aún con más frecuencia
que las unidades del SI. Por tanto, continuaremos mencionando el calor específico en
unidades cal/(g • °C) y Btu/(lb ■°F), pero también usaremos las unidades del SI en algunos
casos. En el ejemplo de la esfera de hierro, se determinó que su masa era de 7.85 g. El calor
específico del hierro es, por tanto,
Q 89.4 cal
c = = -----------------------= 0.114 cal/(g- °C)
m At (7.85 g)(100°C) '
Observe que nos referimos a capacidad calorífica de la esfera y al calor específico del hierro.
La primera se refiere al objeto en sí mismo, mientras que el último se refiere al material
del que está hecho el objeto. En nuestro experimento de las esferas, observamos tan sólo la
cantidad de calor necesario para elevar la temperatura 100°C. No se tomó en cuenta la densidad
de los materiales. Si el tamaño de las esferas se ajustara de tal manera que todas tuvieran
la misma masa, observaríamos diferentes resultados. En vista de que el calor específico del
aluminio es el mayor, se requerirá más calor para la esfera de aluminio que para las demás.
En forma similar, la esfera de aluminio podrá liberar más calor al enfriarse.
Para la mayoría de las aplicaciones prácticas, el calor específico del agua puede considerarse
como
4186 J/(kg- °C) 4.186 J/(g- °C)
1 cal/(g • °C) o 1 Btu/(lb- °F)
Observe que los valores numéricos son los mismos para el calor específico expresado en
cal/g • °Cy en Btu/lb • °F. Esta es una consecuencia de sus definiciones y puede demostrarse
mediante la conversión de unidades:
Btu 9°F 1 Ib 252 cal
1-------- X ------- X ---------X -----------= 1 cal/(g • °C)
Ib • °F 5°C 454 g 1 Btu S
Los calores específicos para la mayoría de las sustancias de uso común aparecen en la tabla 17.1.