Medida del Calor

¡Hola querida comunidad de Hive blog, reciban todos un cordial saludo! Continuando con esta serie sobre calor y temperatura, el día de hoy hablaremos sobre la medida del calor.

Ya vimos que el término de calor solo debe utilizarse para designar energía en transición, transferida de un objeto a otro, debido a la diferencia de temperatura entre los mismos. Cuando se transfiere calor a un objeto, se incrementa la energía interna del mismo, lo que a la vez trae consigo un aumento de temperatura. Las expresiones “el calor de un objeto” o “un cuerpo tiene calor porque su temperatura es alta” no son exactas desde el punto de vista de la Física. Más bien, se tiene que enfatizar lo que ya hemos estudiado sobre la energía interna de un objeto: la temperatura aumenta a medida que la energía interna se incrementa. Si la temperatura de un objeto es mayor que la de otro, es porque aquel tiene mayor energía interna. Si estos objetos entran en contacto, habrá una trasferencia de energía de uno al otro: del que tiene más alta temperatura al que tiene menor temperatura. A dicha transferencia de energía se le denomina calor. Es propicio mencionar, también, que un cuerpo puede aumentar su energía interna y, por tanto, su temperatura, aun cuando no haya transferencia de energía en forma de calor. Un ejemplo de ello, es cuando las aspas de una batidora se mueven para agitar una sustancia liquida, la energía cinética de las mismas originan un aumento de temperatura en el seno del liquido, al incrementarse la energía interna de éste.

La cantidad de energía transferida (calor) a una sustancia u objeto puede ser determinada midiendo el cambio de temperatura experimentada por una cantidad conocida de masa de la sustancia que absorbe el calor. Tradicionalmente, se ha tomado el agua como una sustancia patrón para medir esa absorción. Sin embargo, es necesario puntualizar que el calor transferido depende tanto de la masa como de la naturaleza de la sustancia involucrada en el proceso.

Como el calor es energía, es obvio que debe medirse en joules, según el sistema internacional (S.I) para medir trabajo o energía. Sin embrago, en la práctica es común utilizar como unidad del calor la caloría, unidad que tiene su origen en la teoría del calórico, sustancia que se supuso, erróneamente, es la responsable del aumento de la temperatura de los cuerpos:

Una unidad más grande es la kilocaloría, que es el calor necesario para aumentar de 1ºC la temperatura de 1Kg de agua. (1kcal = 1000 cal). Industrialmente, se emplea la llamada unidad térmica británica, btu (“Britihs Thermal Unit”): Una unidad térmica británica (btu) es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºF la temperatura de 1 libra de agua).

Los aires acondicionados vienen marcados en sus placas con valores típicos como 12.000 btu hasta 30.000 btu. En realidad, estos valores corresponden a btu por hora y establecen la cantidad de calor transferida por la unidad acondicionadora durante ese tiempo.

Ahora es momento de hablar de las dietas, sobre el valor energético de los alimentos; esto se especifica en kilocalorías, aun cuando es usual utilizar el término calorías para designarlo. En este caso, la Caloría (con mayúscula) corresponde a kilocalorias. Así, cuando se dice que un helado de chocolate contiene 400 Calorías, en realidad nos estamos refiriendo a 400 kilocalorias o 400.000 calorías.

En la imagen que se presenta posteriormente, podemos ver lo siguiente:

a) Una caloría aumenta en 1ºC la temperatura de 1 g de agua.
b) Una kilocaloría aumenta en 1ºC la temperatura de 1 Kg de agua.
c) Un btu aumenta la temperatura a 1ºF la temperatura de 1 lb de agua.

Existe una relación entre trabajo mecánico y calor, que determina una equivalencia entre las unidades de calorías y joules. James Joule, científico inglés, demostró que cuando se hace girar una rueda de paletas en el interior de un recipiente lleno de agua y aislado térmicamente, por cada 4,19 J de trabajo la temperatura de agua se eleva 1ºC por gramo, lo que significa que:

Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.

Figueroa, D. (2008). Fluidos y Termodinámica. Caracas: Douglas Figueroa.

Serway, R & Jewett, J. (2005). Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen II. México: International Thomson Editores, S.A

Nota: Algunos de los diagramas y ecuaciones presentados en esta publicación son diseñados y editados por mi persona utilizando elementos e imágenes del programa Microsoft Power Point.