Calor (Q)

Energía en tránsito que se mueve de zonas de mayor temperatura a zonas de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Fórmula del calor:

Q = m * c * Δt

• Donde:
• Q: Calor (en Joules o calorías)
• m: Masa (en gramos o kilogramos)
• c: Calor específico (en cal/g°C o J/kg°C)
• Δt: Variación de temperatura (en grados Celsius o Kelvin)

Si Q es positivo (Q > 0), el sistema absorbe calor. Si Q es negativo (Q < 0), el sistema cede calor.

Capacidad Calórica (C)

La capacidad calórica es la cantidad de calor que un cuerpo necesita absorber para que su temperatura aumente en un grado Celsius o Kelvin. Depende de la masa del cuerpo y de su composición química.

Fórmula de la capacidad calórica:

C = Q / Δt

• Donde:
• C: Capacidad calórica (en cal/°C o J/°C)
• Q: Calor (en calorías o Joules)
• Δt: Variación de temperatura (en grados Celsius o Kelvin)

Se expresa en cal/°C o J/°C. A mayor masa, mayor capacidad calórica (más energía se necesita para aumentar su temperatura). A menor masa, menor capacidad calórica.

Calor Específico (c)

El calor específico es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado Celsius o Kelvin.

Fórmulas del calor específico:

c = Q / (m * Δt)

c = C / m

Q = m * c * Δt

• Donde:
• c: Calor específico (en cal/g°C o J/kg°C)
• Q: Calor (en calorías o Joules)
• m: Masa (en gramos o kilogramos)
• Δt: Variación de temperatura (en grados Celsius o Kelvin)
• C: Capacidad calórica (en cal/°C o J/°C)

Se expresa en cal/g°C o J/kg°C.

Equilibrio Térmico

El equilibrio térmico se alcanza cuando dos o más cuerpos a diferentes temperaturas entran en contacto y transfieren calor entre sí hasta que alcanzan la misma temperatura. En este punto, no hay flujo neto de calor entre los cuerpos.

La energía siempre se conserva durante los procesos de transferencia de calor. En un sistema aislado, la suma del calor absorbido y el calor cedido es igual a cero.

Fórmula del equilibrio térmico:

Q_absorbido + Q_cedido = 0

m₁ * c₁ * Δt₁ + m₂ * c₂ * Δt₂ = 0

• Donde:
• Q_absorbido: Calor absorbido por un cuerpo
• Q_cedido: Calor cedido por otro cuerpo
• m₁, m₂: Masas de los cuerpos
• c₁, c₂: Calores específicos de los cuerpos
• Δt₁, Δt₂: Variaciones de temperatura de los cuerpos

Los procesos adiabáticos son aquellos en los que no hay intercambio de calor con el entorno.

Mecanismos de Transferencia de Calor

Existen tres mecanismos principales de transferencia de calor:

Conducción

Transferencia de calor por contacto directo entre cuerpos o a través de un mismo cuerpo, sin que haya desplazamiento de materia. La energía se transfiere por vibraciones a nivel molecular (ondas). Un ejemplo sería calentar una barra metálica con una llama.

Convección

Transferencia de calor por movimiento de fluidos, ya sean líquidos o gases. El fluido caliente se vuelve menos denso y asciende, mientras que el fluido frío, más denso, desciende, creando corrientes de convección. Un ejemplo sería calentar agua en una olla.

Radiación

Transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas, sin necesidad de un medio material. Un ejemplo sería calentarse con una estufa.

Aplicaciones de las Fórmulas

• Q = m * c * Δt: Se utiliza para calcular la cantidad de calor, el calor perdido o ganado, la energía necesaria para un cambio de temperatura, la variación de temperatura, la cantidad de calor absorbido o la masa de una sustancia.
• (mcΔt + mcΔt = 0): Se utiliza para calcular la temperatura final de equilibrio, el aumento de temperatura o la temperatura que alcanza un cuerpo después de un intercambio de calor.