Conceptos Fundamentales en Termodinámica
Definición de Capacidad Térmica: Se define la capacidad térmica como el volumen de energía calórica que un material es capaz de acumular cuando su temperatura se incrementa en 1ºC. Para calcular esta capacidad, se multiplica la masa del material por su calor específico. Así, un aumento en la masa conlleva a una necesidad mayor de energía calórica para elevar la temperatura del material.
En términos de medición, la capacidad térmica se cuantifica en Wh/m3°C. Por otro lado, el calor específico se cuantifica en julios por kilogramo y kelvin, o en calorías por gramo y grado centígrado. Tomando como ejemplo el agua, su calor específico es de una caloría por gramo y grado centígrado, lo que indica que cada gramo de agua necesita una caloría para incrementar su temperatura en un grado centígrado.
Capacidad Térmica: Una Propiedad Extensiva
La capacidad térmica representa una medida de inercia térmica y se clasifica como una propiedad extensiva, lo que significa que su valor no solo depende de la naturaleza de la sustancia, sino también de la cantidad de materia presente en el objeto o sistema estudiado.
Origen Histórico de la Capacidad Térmica
Desarrollo Histórico: Antes del advenimiento de la termodinámica moderna, se consideraba al calor como un fluido invisible almacenado en los objetos. Joseph Black, en 1750, utilizó el término “capacidad calórica” durante sus investigaciones iniciales. Hoy en día, se prefiere el término “energía interna” en lugar de “fluido calórico”, enfocándose en la transferencia de energía desordenada. Dependiendo del contexto, se utiliza tanto el término capacidad calórica como capacidad térmica.
Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse Petit establecieron una ley química que indica que, en la mayoría de los sólidos, el producto del calor específico por su masa atómica resulta en un valor constante. Para los gases, el calor específico a presión constante es superior al de un volumen constante, debido a que parte de la energía absorbida se utiliza en su expansión.
Calor Molar Específico y Calor Específico
El calor molar específico se refiere a la energía necesaria para aumentar la temperatura de un mol en 1ºC. Un mol se define como 6,02 x 10^23 objetos o, en términos de sustancia, la masa atómica de la sustancia expresada en gramos.
Por otro lado, el calor específico se relaciona con la energía requerida para elevar la temperatura de 1kg de masa en 1ºC, siendo esta la aplicación más común de la “capacidad térmica”. Tanto el calor específico como la capacidad molar calorífica son propiedades intrínsecas de la sustancia, mientras que la capacidad térmica de un objeto es una propiedad extensiva, dependiente de la cantidad de sustancia.
| Concepto | Definición | Unidades de Medida |
|---|---|---|
| Capacidad Térmica | Capacidad de un material para acumular calor al incrementar su temperatura | Wh/m3°C |
| Calor Específico | Energía necesaria para elevar la temperatura de la masa de un material | Julios por kilogramo y kelvin, Calorías por gramo y grado centígrado |
| Calor Molar Específico | Energía requerida para aumentar la temperatura de un mol en 1ºC | Depende de la sustancia |