La capacidad calorífica (también conocida como capacidad térmica) es una propiedad que indica la cantidad total de calor que puede absorber o liberar una sustancia o un sistema cuando su temperatura cambia. Representa la capacidad de un objeto o sistema para almacenar energía térmica.
Se trata de una termodinámica extensiva que significa que su valor depende de la cantidad de materia. Además, su valor depende de otras propiedades como la masa del objeto o sistema, su composición química, su estructura y su capacidad para almacenar energía térmica.
Definición, ¿Qué es la capacidad calorífica?
La definición de capacidad calorífica se puede establecer como la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un objeto o sistema en una unidad de temperatura (generalmente grados Celsius o Kelvin).
Unidades
Se expresa en unidades de energía por grado Celsius o Kelvin, es decir, como julios por grado Celsius (J/°C) o julios por Kelvin (J/K).
Tipos de capacidades caloríficas
Existen varios tipos de capacidades caloríficas que se utilizan para describir cómo varía la capacidad de un objeto o sustancia para almacenar calor en diferentes condiciones. Los tipos más comunes de capacidades caloríficas son:
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Capacidad calorífica a volumen constante (Cv): Es la capacidad térmica de un objeto o sustancia cuando el volumen se mantiene constante durante el proceso de transferencia de calor. En este caso, no hay trabajo realizado por el objeto o sustancia y toda la energía transferida se convierte en cambios de energía interna. Cv se utiliza para describir cómo cambia la temperatura de un sistema a volumen constante.
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Capacidad calorífica a presión constante (Cp): Es la capacidad térmica de un objeto o sustancia cuando la presión se mantiene constante durante el proceso de transferencia de calor. En este caso, el objeto o sustancia puede realizar trabajo, como la expansión o compresión del sistema, además de absorber o liberar calor. Cp se utiliza para describir cómo cambia la temperatura de un sistema a presión constante.
Fórmula de la capacidad calorífica
La fórmula general para calcular la capacidad calorífica (C) de un objeto o sistema se puede expresar de la siguiente manera:
C = Q / ΔT
Donde:
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C es la capacidad calorífica.
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Q es la cantidad de calor transferida o absorbida por el objeto o sistema.
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ΔT es el cambio de temperatura experimentado por el objeto o sistema.
Es importante tener en cuenta que la capacidad calorífica puede variar dependiendo de si el proceso se realiza a volumen constante (Cv) o a presión constante (Cp).
Fórmula de la capacidad calorífica molar
Además, en algunos casos, se utiliza la capacidad calorífica molar (Cm), que representa la capacidad térmica por mol de sustancia.
La fórmula general para la capacidad térmica molar se expresa de la siguiente manera:
Cm = C / n
Donde:
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Cm es la capacidad calorífica molar.
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C es la capacidad calorífica.
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n es el número de moles de sustancia.
Importancia de la capacidad calorífica: uso y aplicaciones
Esta propiedad se utiliza en diversas aplicaciones prácticas. A continuación mostramos algunas de ejemplo:
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Diseño y optimización de sistemas de transferencia de calor: es fundamental para diseñar y optimizar intercambiadores de calor, calderas, acondicionadores de aire y otros sistemas de refrigeración.
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Predicción de cambios de temperatura y equilibrio térmico: esta propiedad permite predecir cómo cambiará la temperatura de un objeto o sistema cuando se le añade o se le extrae calor.
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Estudio de procesos de calentamiento y enfriamiento: En procesos industriales, químicos y físicos, es esencial comprender cómo los materiales y sustancias se calientan o enfrían bajo ciertas condiciones.
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Caracterización de propiedades de materiales: La capacidad calorífica puede ser utilizada para caracterizar las propiedades térmicas de diferentes materiales, como metales, líquidos, gases y sólidos.
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Estudio de reacciones químicas: En el campo de la química, también es importante para comprender y controlar las reacciones químicas ya que permite calcular la cantidad de calor liberada o absorbida durante la reacción.
Ejemplos de capacidades caloríficas
Aquí tienes una tabla que muestra ejemplos de capacidad calorífica de diferentes materiales y sustancias a presión constante.
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Sustancia |
Capacidad calorífica (J/g°C) |
Descripción |
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Agua |
4.18 |
El agua tiene una alta capacidad térmica y es esencial para la regulación térmica en la Tierra. |
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Aluminio |
0.90 |
El aluminio es un metal ligero comúnmente utilizado en aplicaciones industriales. |
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Hierro |
0.45 |
El hierro es un metal utilizado frecuentemente en la fabricación de estructuras y maquinaria. |
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Aire |
1.00 |
El aire seco es una mezcla de diferentes gases presentes en la atmósfera. |
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Plomo |
0.13 |
El plomo es un metal pesado utilizado en diversas aplicaciones industriales y baterías. |
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Etanol |
2.44 |
El etanol es un alcohol común y se utiliza como combustible y disolvente. |
