En el lenguaje cotidiano, la gente usa los términos calor y temperatura indistintamente. Sin embargo, en el campo de la termodinámica y la física en general, los dos términos tienen significados muy diferentes. Si está tratando de calcular cuánto calor absorbe algo cuando aumenta su temperatura, debe comprender la diferencia entre los dos y cómo calcular uno del otro. Puede hacerlo fácilmente: simplemente multiplique la capacidad calorífica de la sustancia que está calentando por la masa de la sustancia y el cambio de temperatura para encontrar el calor absorbido.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Calcule la absorción de calor usando la fórmula:
Q = mc∆T
Q significa el calor absorbido, metro es la masa de la sustancia que absorbe calor, C es la capacidad calorífica específica y ∆Tes el cambio de temperatura.
La primera ley de la termodinámica y el calor
La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de una sustancia es la suma del calor que se le transfiere y el trabajo realizado en ella (o el calor que se le transfiere
menos el trabajo hecho por eso). “Trabajo” es solo una palabra que usan los físicos para la transferencia de energía física. Por ejemplo, revolver una taza de café funciona en el líquido que contiene, y trabajas en un objeto cuando lo levantas o lo arrojas.El calor es otra forma de transferencia de energía, pero ocurre cuando dos objetos están a diferentes temperaturas entre sí. Si pones agua fría en una olla y enciendes la estufa, las llamas calientan la olla y la olla caliente calienta el agua. Esto eleva la temperatura del agua y le da energía. La segunda ley de la termodinámica dicta que el calor solo fluye de los objetos más calientes a los más fríos, no al revés.
Explicación de la capacidad calorífica específica
La clave para resolver el problema del cálculo de la absorción de calor es el concepto de capacidad calorífica específica. Diferentes sustancias necesitan diferentes cantidades de energía para ser transferidas a ellas para elevar la temperatura, y la capacidad calorífica específica de la sustancia te dice cuánto es eso. Esta es una cantidad dada el símbolo C y medido en julios / kg de grado Celsius. En resumen, la capacidad calorífica le dice cuánta energía térmica (en julios) se necesita para elevar la temperatura de 1 kg de un material en 1 grado C. La capacidad calorífica específica del agua es de 4.181 J / kg grado C, y la capacidad calorífica específica del plomo es 128 J / kg grado C. Esto le dice de un vistazo que se necesita menos energía para aumentar la temperatura del plomo que el agua.
Cálculo de la absorción de calor
Puede utilizar la información de las dos últimas secciones junto con una fórmula simple para calcular la absorción de calor en una situación específica. Todo lo que necesita saber es la sustancia que se calienta, el cambio de temperatura y la masa de la sustancia. La ecuación es:
Q = mc∆T
Aquí, Q significa calor (lo que quieres saber), metro significa masa, C significa la capacidad calorífica específica y ∆Tes el cambio de temperatura. Puede encontrar el cambio de temperatura restando la temperatura inicial de la temperatura final.
Como ejemplo, imagine aumentar la temperatura de 2 kg de agua de 10 grados C a 50 grados C. El cambio de temperatura es ∆T= (50 - 10) grados C = 40 grados C. De la última sección, la capacidad calorífica específica del agua es 4,181 J / kg grado C, por lo que la ecuación da:
Q = 2 kg × 4181 J / kg grados C × 40 grados C
= 334480 J = 334,5 kJ
Por lo tanto, se necesitan aproximadamente 334,5 mil julios (kJ) de calor para elevar la temperatura de 2 kg de agua en 40 grados C.
Consejos sobre unidades alternativas
A veces, las capacidades caloríficas específicas se dan en diferentes unidades. Por ejemplo, puede expresarse en julios / gramo grados C, calorías / gramo grados C o julios / mol grados C. Una caloría es una unidad alternativa de energía (1 caloría = 4.184 julios), los gramos son 1/1000 de un kilogramo y un mol (abreviado a mol) es una unidad utilizada en química. Siempre que use unidades consistentes, se mantendrá la fórmula anterior.
Por ejemplo, si el calor específico se expresa en julios / gramo grado C, cite la masa de la sustancia en gramos también, o alternativamente, convierta la capacidad calorífica específica en kilogramos multiplicándola por 1,000. Si la capacidad calorífica se expresa en julios / grado mol C, es más fácil citar también la masa de la sustancia en moles. Si la capacidad calorífica se da en calorías / kg grado C, su resultado será en calorías de calor en lugar de julios, que puede convertir posteriormente si necesita la respuesta en julios.
Si encuentra Kelvin como una unidad de temperatura (símbolo K), para los cambios de temperatura, esto es exactamente lo mismo que Celsius, por lo que realmente no necesita hacer nada.