Definición de Calor

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

El calor es la transferencia de energía térmica entre dos sistemas termodinámicos como resultado de la diferencia de temperatura entre estos. Cuando los dos sistemas están en equilibrio térmico, es decir, a la misma temperatura, no existe transferencia de calor.

La transferencia de calor es algo que experimentamos todos los días. Cuando cocinamos nuestra comida y cuando la guardamos en el refrigerado, hasta el “calor” que sentimos cuando la temperatura exterior se eleva. Todo esto involucra la transferencia de energía térmica y cambios de temperatura.

Temperatura y calor

Aunque coloquialmente hablamos de la temperatura y el calor como si fueran lo mismo, la realidad es que se trata de dos conceptos muy diferentes, pero que están relacionados. La temperatura de un sistema es una medida macroscópica de la energía cinética promedio que tienen los átomos o moléculas que lo componen. Entre más movimiento tengan los átomos o moléculas del sistema, más alta será su temperatura, y viceversa.

Por otro lado, el calor es la transferencia de energía térmica ente dos sistemas cuando hay una diferencia de temperatura entre estos. Por ejemplo, cuando le ponemos hielo a alguna bebida, la diferencia de temperatura entre ambos hace que se transfiera calor de la bebida al hielo hasta que ambos alcanzan el equilibrio térmico y la transferencia de calor se detiene.

También podemos darnos cuenta de esta diferencia entre calor y temperatura por las unidades en que se mide. La temperatura típicamente se mide en grados Celsius (°C) o en grados Kelvin (K), mientras que el calor al ser energía se mide en Joules (J) o calorías (cal).

Formas de transferencia de calor

Ya se dijo que el calor es una transferencia de energía entre dos sistemas, pero, ¿cómo puede llevarse a cabo? Existen tres formas de transmisión:

• Conducción: Esta transferencia ocurre por el contacto físico directo entre dos o más sistemas. Por ejemplo, cuando cocinamos algo la flama transfiere calor hacía el sartén o la parrilla haciendo que su temperatura se eleve, y posteriormente el sartén o la parrilla transfieren calor hacía la comida.

• Convección: Es la transferencia de calor a través del movimiento de un gas o un líquido. Un ejemplo de esto es cuando nos sentamos cerca de una fogata, el fuego transfiere calor a través del aire.

• Radiación: En esta forma de transmisión el calor se transfiere por medio de ondas electromagnéticas. Esta es la manera en que el Sol logra calentar nuestro planeta.

Capacidad Calorífica

Es de gran utilidad tener una medida de qué tanto varía la temperatura de alguna sustancia cuando se le transfiere cierta cantidad de calor o cuando esta transfiere calor hacía otro cuerpo. La capacidad calorífica de una sustancia es precisamente eso, se trata de un cociente entre el calor transferido o absorbido y la diferencia de temperatura resultante del proceso. Matemáticamente, esto se escribe como:

\(C = \frac{Q}{{{\rm{\Delta }}T}} = \frac{Q}{{{T_f} – {T_i}}}\)

Donde \(C\) es la capacidad calorífica, \(Q\) es el calor y \({\rm{\Delta }}T\) es la diferencia de temperatura. Esta última es igual a la temperatura final (\({T_f}\)) menos la temperatura inicial (\({T_i}\)). Esta ecuación puede ser reescrita como:

\(Q = C{\rm{\Delta }}T\)

Esto sería el calor transferido o absorbido por una sustancia cuando tiene una variación de su temperatura tomando en cuenta su capacidad calorífica. Aunque esta definición de capacidad calorífica resulta de gran utilidad, la realidad es que la capacidad calorífica también varía dependiendo de la masa de la sustancia o material.

Calor Específico

El calor específico puede definirse como la capacidad calorífica por unidad de masa de una sustancia. Es decir que:

\(c = \frac{C}{m} = \frac{Q}{{m{\rm{\Delta }}T}}\)

Donde \(c\) es el calor específico y \(m\) es la masa. Más concretamente, el calor específico es el cociente entre el calor transferido o absorbido por una sustancia y la masa de la sustancia, así como la diferencia de temperatura resultante del proceso. Esta ecuación también la podemos reescribir como:

\(Q = cm{\rm{\Delta }}T\)

Esto es el calor que una cantidad de cierta sustancia tiene que transferir o absorber para lograr cierta diferencia de temperatura, todo esto tomando en cuenta el calor específico de la sustancia en cuestión.

Para poner un ejemplo, imaginemos que tenemos un recipiente con tan sólo 1 gr. de agua y queremos encontrar la cantidad de calor que tenemos que aplicarle para conseguir que su temperatura se eleve 1°C. El calor específico del agua es de 4,184 J/kg•K. Utilizando la ecuación anterior y usando las unidades apropiadas obtenemos que el calor que tenemos que aplicar para lograr esto es \(Q = 4.184\) K. Esto último es la definición de caloría, es decir, la cantidad de calor necesaria para que 1 gr. de agua eleve 1°C su temperatura. También podemos decir que el agua tiene un calor específico de 1 cal/g•K, esta es una unidad que también se utiliza con regularidad para el calor específico.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Mayo 2023; sobre el original de agosto, 2009.

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