Termodinámica Esencial: Capacidad Calorífica y Calor Latente Explicados

Capacidad Calorífica: Conceptos Fundamentales

La capacidad calorífica 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. De forma menos formal, es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad (SI: 1 K), utilizando el Sistema Internacional de Unidades¹. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor»², y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica¹.

Calor Latente: Energía y Cambios de Fase

El calor latente o el calor de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Es importante tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura; por lo tanto, al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido, se libera la misma cantidad de energía.

Antiguamente se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de fusión o de vaporización. Latente en latín significa escondido, y se denominaba así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de añadir calor), este se quedaba escondido. La idea proviene de la época en la que se creía que el calor era una sustancia fluida denominada calórico. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de fase, aumenta la temperatura y se denomina calor sensible.

Ejemplo Práctico: El Hielo y el Agua

Cuando se aplica calor al hielo, su temperatura asciende hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de fase); a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no cambia hasta que se haya fundido por completo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo.

Una vez fundido el hielo, la temperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde ese momento, se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua.

Aplicaciones del Calor Latente

Esta cualidad se utiliza en la cocina, en refrigeración, en bombas de calor y es el principio por el que el sudor enfría el cuerpo.

Valores de Calor Latente para el Agua

• Calor de fusión: 333,9 kJ/kg (79,9 kcal/kg) a 0 ºC
• Calor de vaporización: 2318 kJ/kg (539 kcal/kg) a 100 ºC