Conceptos Fundamentales del Calor: Energía, Transferencia y Unidades

¿Qué es el Calor?

Se denomina calor a la transferencia de energía de una parte a otra de un objeto, o entre distintos objetos, que se encuentran a diferentes temperaturas.

El calor es energía en tránsito y siempre fluye de los objetos de mayor temperatura a los de menor temperatura que se encuentran en contacto térmico.

Calor vs. Energía Interna

Es importante destacar que un objeto no posee calor, sino que tiene energía interna. El calor es, precisamente, la energía que se transfiere desde los objetos con mayor temperatura hacia los de menor temperatura, proceso que continúa hasta que alcanzan el equilibrio térmico (la misma temperatura).

La energía interna de un objeto o sustancia se define como la suma de las energías potencial y cinética de todas las moléculas individuales que lo constituyen.

Unidades de Medida del Calor

Dado que el calor es energía en tránsito, sus unidades de medida son las mismas que las del trabajo mecánico y la energía.

Unidad del Sistema Internacional (SI)

• Joule (J): Equivalente a Newton por metro (N·m).

Otras Unidades Comunes

• Caloría (cal): Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 °C (específicamente de 14.5 °C a 15.5 °C).
  • Equivalencia: 1 cal ≈ 4.184 J (o 4.2 J como aproximación común)
  • Equivalencia: 1 J ≈ 0.24 cal
• Kilocaloría (kcal): Múltiplo de la caloría.
  • Equivalencia: 1 kcal = 1000 cal
• BTU (British Thermal Unit): Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra de agua (aproximadamente 454 g) en 1 °F (grado Fahrenheit). Es la unidad empleada en el Sistema Inglés.
  • Equivalencia: 1 BTU ≈ 252 cal ≈ 0.252 kcal ≈ 1055 J

Formas de Transferencia de Calor

La transferencia o propagación del calor entre cuerpos o dentro de un mismo cuerpo puede ocurrir de tres maneras principales:

1. Conducción: Transferencia de calor debida a la agitación molecular dentro de un material o entre materiales en contacto directo. La energía se transfiere de molécula a molécula sin que haya un desplazamiento macroscópico de materia. Es predominante en sólidos.
2. Convección: Transferencia de calor mediante el movimiento de masas de un fluido (líquido o gas). Se establecen corrientes convectivas cuando existen diferencias de temperatura y densidad dentro del fluido. El fluido más caliente tiende a ascender y el más frío a descender.
3. Radiación: Propagación del calor mediante ondas electromagnéticas (como la luz infrarroja) que pueden viajar incluso a través del vacío. Esta energía se emite por cualquier cuerpo con temperatura superior al cero absoluto y viaja a la velocidad de la luz (aproximadamente 300,000 km/s).

Calor y Cambios de Estado de la Materia

El calor puede provocar transformaciones en el estado físico de la materia. Los principales cambios de estado son:

• Fusión: Paso del estado sólido al estado líquido.
• Solidificación: Paso del estado líquido al estado sólido (proceso inverso a la fusión).
• Vaporización: Paso del estado líquido al estado gaseoso (puede ser por ebullición o evaporación).
• Condensación: Paso del estado gaseoso al estado líquido (proceso inverso a la vaporización).
• Sublimación: Paso directo del estado sólido al estado gaseoso, sin pasar por el estado líquido.
• Sublimación inversa o Deposición: Paso directo del estado gaseoso al estado sólido (proceso inverso a la sublimación).