Capacidad calorífica

La capacidad calorífica o capacidad térmica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta.[1]​ Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.Es decir, el calor ya no se considera un fluido sino una transferencia de energía desordenada.Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura resultante.Para un sistema formado por una sola sustancia homogénea se define además el calor específico o capacidad calorífica específica (c) a partir de la relación: De las anteriores relaciones es fácil inferir que al aumentar la masa de una sustancia, se aumenta su capacidad calorífica ya que aumenta la inercia térmica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura.Un ejemplo de esto se puede apreciar en las ciudades costeras donde el mar actúa como un gran termostato regulando las variaciones de temperatura.como el límite del cociente entre la cantidad de calorindica que no una función Q cuya diferencial sea precisamenteEn la práctica, solo cuando se trabaja con gases es necesario distinguir entre el calor específico a presión constante y el calor específico a volumen constante Cv.[4]​ Es el contenido calórico o nivel de energía de un material, referido al que tiene a una temperatura arbitraria en el que asigna nivel cero (generalmente –40 °C para productos congelados o 0 °C para otros sistemas).La cantidad de calor para calentar o enfriar un material desde una temperatura T1 hasta T2 essiendo m la masa del material; H2 y H1 las entalpías a las temperaturas T2 y T1 respectivamente[4]​ La conductividad térmica k viene dada por: Los órdenes de magnitud de la conductividad térmica, según los distintos tipos de materiales, puede apreciarse entre los siguientes valores: La energía de un gas monoatómico y por tanto la capacidad calorífica a volumen constante vienen dadas por: Así el calor específico molar de un gas ideal monoatómico es simplemente cv = 3R/2 o cp = 5R/2.Los gases monoatómicos reales también cumplen las anteriores igualdades aunque de modo aproximado.A temperatura próximas a la temperatura ambiente la energía interna y la capacidad caloríficas vienen dadas por: Para temperaturas extremadamente altas, la energía de vibración de los enlaces empieza a ser importante y los gases diatómicos se desvían algo de las anteriores condiciones.A temperaturas aún más altas la contribución del movimiento término de los electrones produce desviaciones adicionales.Por tanto estos gases tienen calores específicos o capacidades caloríficas molares cercanos a cv = 5R/2.El teorema de equipartición para gases poliatómicos sugiere que los gases poliatómicos que tienen enlaces "blandos" o flexibles y que vibran con facilidad con q frecuencias, deberían tener una capacidad calorífica molar dada por:Sin embargo estas predicciones no se cumplen a temperatura ambiente.Eso se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantizados y solo estén accesibles a medida que aumenta la temperatura, y la expresión (*) solo puede ser un límite a muy altas temperaturas.Sin embargo, antes de llegar a temperaturas donde esa expresión sea un límite razonable muchas moléculas se rompen por efecto de la temperatura, no llegando nunca al anterior límite.Es un hecho experimental conocido que los sólidos cristalinos no metálicos a temperatura ambiente tienen una capacidad calorífica cv más o menos constante e igual a 3R (mientras que la capacidad calorífica a presión constante sigue aumentado).De hecho para sólidos y líquidos a bajas temperaturas, y en algunos casos a temperatura ambiente, la expresión (*) dada por el teorema de equipartición de la energía da aún peores resultados que para los gases poliatómicos complicados.[5]​[6]​ Más tarde Debye propuso una mejora que hacía a la teoría cuantitativamente correcta, y ulteriormente esta teoría fue mejorada por Blackman y otros.Esta ecuación predecía el comportamiento correcto a altas temperaturas:Esta última expresión se llama ley T3 de Debye.kcal/kg °C kg/m³ kcal/m³ °C En la tabla se puede ver que, de los materiales comunes, poseen una gran capacidad calorífica: el agua (muros de agua), la tierra o suelo seco compactado (adobe, tapia) y piedras densas como el granito junto a los metales como el acero.Luego se encuentra otro grupo que va de 300 a 500 kcal/m³ °C entre los que se ubica la mayoría de los materiales usuales en la construcción actual, como el ladrillo, el hormigón, las maderas, los tableros de yeso roca y las piedras areniscas.En un último grupo se encuentra (3 a 35 kcal/m³ °C), los aislantes térmicos de masa como la lana de vidrio, las lanas minerales, el poliestireno expandido y el poliuretano expandido que por su "baja densidad" debido a que contienen mucho aire poseen una capacidad calorífica muy baja pero sirven como aislantes térmicos.Un caso especial es el aire (0,29 kcal/m³·K; 1,214 kJ/m³·K), que sirve como un medio para transportar el calor en los sistemas pasivos pero no para almacenar calor en su interior.("H, N, O, F, Cl, Br, I" son respectivamente H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2 y I2) Estos valores, expresados en  J⋅mol-1⋅K-1, resultan: