Definición de capacidad térmica

Escrito por matthew r. jorgensen | Traducido por daniela fedorov
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Definición de capacidad térmica
La capacidad térmica del agua es muy amplia. (Image Source/Stockbyte/Getty Images)

La capacidad térmica es una propiedad importante de los materiales que debe considerarse en los dispositivos de ingeniería, en la planeación de un experimento científico y para mantener frío tu almuerzo. Hay tres tipos principales de capacidad térmica, la comprensión de lo que ampliará tu capacidad de sacar provecho de esta propiedad de la materia.

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Definición

La capacidad térmica de un material es una medida de cuánta energía se debe intercambiar entre un objeto y su entorno para producir un cambio en la temperatura. En otras palabras, es una medida de la capacidad de un objeto para mantener el calor. Los materiales con alta capacidad térmica, como el agua, requieren grandes cantidades de energía para producir un pequeño cambio de temperatura.

Importancia

Los jardineros protegen los tomates con paredes de agua, y durante la Edad Media, una dama de compañía puso rocas calientes en la cama de su amo. Ambas prácticas se basan en la capacidad del agua y rocas para mantener muy bien el calor, una propiedad debido a que tienen una alta capacidad térmica.

Dicha capacidad se utiliza para mucho más que sólo conservar tomates o mantener los pies calientes. Es un parámetro esencial considerado en muchos campos de la ingeniería, desde arquitectura a la aerodinámica.

Tipos de capacidad térmica

El término general de "capacidad térmica" incluye tres términos más específicos, que a menudo se confunden. Estos son la capacidad calorífica molar, el calor específico y capacidad de calor.

Capacidad molar calorífica y calor específico

El calor molar específico de una sustancia es la cantidad de energía necesaria para elevar un mol en 1 grado Celsius. Un mol especifica una serie de objetos, como lo hace una docena, excepto que un mol es igual a 6,02 x 10 ^ 23 objetos en lugar de 12. Debido a la forma en que se define a un mol, un mol de una sustancia es igual a la masa atómica o molecular de una sustancia en gramos.

El término general de "calor específico" por lo general se refiere a la cantidad de energía necesaria para elevar cierta masa, por lo general un kilogramo, a 1 grado Celsius. Este probablemente es el uso más común del término "capacidad térmica".

Tanto la capacidad molar calorífica y el calor específico son propiedades intrínsecas de una sustancia, es decir, son independientes a la cantidad de material que tengas en la mano.

Capacidad térmica

La capacidad térmica de un objeto, C, es el producto de su capacidad de calor específica (la cantidad de calor necesaria para eleva a 1° C un kg de cierta sustancia) y su masa en kg. La capacidad térmica es una propiedad extensa de una sustancia. Es decir, su valor depende de la cantidad de sustancia que tengas. Por ejemplo, la capacidad térmica de 20 onzas (567 g) de sodio es exactamente el doble que en 10 onzas (283 g) de sodio.

Definición matemática y teoría

Matemáticamente, la capacidad térmica se define como la primera orden derivada parcialmente del cambio de calor de un objeto con respecto al cambio de temperatura del objeto, mientras todo lo demás se mantiene constante. La base de lo que determina la capacidad térmica de una sustancia es el curso de termodinámica estadística. Sin embargo, existe una regla general: entre más libres y más grandes sean las moléculas, mayor será su capacidad térmica. En otras palabras, mientras más grados de libertad de los átomos o de las moléculas de una sustancia tengan, mayor será su capacidad térmica.

Ejemplos de capacidad térmica en uso

Los metales tienden a tener capacidades térmicas muy bajas en comparación con las sustancias no metálicas. Por ejemplo, 1 kg de cobre tiene una capacidad calorífica de 394 joules por grados centígrados, mientras que 1 kg de mármol tiene una capacidad térmica de 880. Por lo tanto, la piedra puede guardar mucho más calor que el metal.

La definición de una caloría se basa en la capacidad térmica del agua. Una Caloría dietética (nótese la C mayúscula) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 L de agua 1 grado. Por lo tanto, si todas las Calorías en un Twinkie (150) se destinaran a calentar 1 litro de agua a temperatura ambiente, por ejemplo a 22° Celsius, el Twinkie tendría suficiente energía para elevar la temperatura del agua hasta llegar ado de ebullición y más.

Afortunadamente para nosotros, nuestro cuerpo quema los Twinkies de forma controlada, liberando lentamente durante el proceso.

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