termodinamica

IV.- CALOR Y TRABAJO

IV.1.- NATURALEZA FÍSICA DEL CALOR
Hasta el siglo XIX una teoría consideraba al calor como una sustancia indestructible y sin peso, llamado calórico; la temperatura indicaba una cierta mezcla de calórico con la materia.
Otra teoría consideraba al calor como algo relacionado con el movimiento, bien de partículas o de un
fluido difundido por toda la materia.
Actualmentese considera, desde un punto de vista cinético, que el calor viene ligado, por una parte a
la vibración mecánica de la materia (fonones), y por otra a un transporte de partículas dotadas de energía (moléculas, electrones, etc.). Se transmite en sólidos por conducción, en líquidos por conducción y
convección, en gases por conducción, convección y radiación y en el vacío por radiación en forma deondas electromagnéticas.
Se sabe por la experiencia, que cuando un cuerpo caliente se pone en contacto con uno frío, el primero se enfría y el segundo se calienta, hasta que ambos igualen sus temperaturas. Se ha producido,
pues, una transferencia de energía del cuerpo caliente al frío; esta energía así transferida se llama calor;
el cuerpo caliente ha disminuido su energía interna, y el cuerpofrío la ha aumentado. En esta definición
viene implícito el hecho de que un cuerpo no contiene calor, sino que denominamos con este término la
energía, en tanto cruza los límites, es decir, el calor es un fenómeno transitorio y, por lo tanto, el calor no
es una función de estado. Si tenemos un cuerpo caliente como sistema A y un cuerpo frío como sistema B,
ni A ni B contienen calor, pero alponerlos en contacto térmico el calor se transfiere desde A hasta B,
(régimen transitorio), hasta lograr el equilibrio de temperaturas, (régimen estacionario); al final del proceso ninguno de los sistemas contiene calor.
Se define el calor sensible como aquel que va asociado a cambios de temperatura, mientras que el
calor latente se considera asociado a efectos caloríficos propios de reaccionesquímicas, cambios de fase,
etc, en los que la temperatura permanece constante.
Unidades, 1 caloría = 4,186 Joules, y es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la temperatura de un
gramo de agua desde 14,5°C hasta 15,5°C a la presión normal.
CAPACIDAD CALORÍFICA.- Vamos a considerar un sistema cuyo estado viene especificado por su
temperatura T y por un conjunto de parámetrosmacroscópicos x, como la presión p y el volumen v. Si el
sistema está inicialmente a la temperatura T y absorbe una cantidad infinitesimal de calor ∆Q en tanto
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permanece constante el parámetro x, la temperatura del sistema variará en una magnitud infinitesimal ∆T que dependerá de la naturaleza del sistema, y también, en general, de los parámetros T y x que
definen el estado macroscópicoinicial del mismo.
Se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor necesaria para modificar la temperatura
del sistema desde T1 a T2, es decir:
T
∆Q
CT2 = ∆Q =
1
T2 - T1
∆T

y en el límite:
lim
C = ∆T→0 ( ∆Q ) = (dQ )x
dT
∆T

CALOR ESPECIFICO.- La cantidad de calor dQ que debe aplicarse a un sistema homogéneo para
producir una variación determinada de temperatura dT debeser lógicamente proporcional a la masa
total del sistema. Por tanto es conveniente definir lo que se conoce como calor específico, que es una
magnitud que depende sólo de la naturaleza de la sustancia considerada, pero no de la cantidad presente. Para ello basta dividir la capacidad calorífica Cx de la sustancia, por el correspondiente número de
gramos o moles.
La capacidad específica porunidad de masa ó calor específico cx viene dado por:
cx =

Cx
dQ
= (
)x
dT
m

Si se toma como unidad de masa el mol, se tiene el calor molar cm de la forma:
cm =

Cx
1 dQ
M dQ
=
(
)x=
(
)x
n dT
m dT
n

que viene dado en, Joules/mol°K, ó en, calorías/mol°K, siendo M el peso molecular.
El valor de estas magnitudes depende del tipo de proceso que el sistema haya experimentado...