¿Qué es el calor?
Los cuerpos están formados por partículas en movimiento y como consecuencia de este movimiento interno, poseen energía térmica. Llamamos calor a la energía térmica intercambiada entre dos o más cuerpos por el hecho de tener distinta temperatura.
Diferencias entre calor y temperatura
A pesar de que a priori puedan confundirse los términos de calor y temperatura, no son lo mismo, aunque muchas veces recurrimos al término calor en relación a la temperatura.
La temperatura es una magnitud física escalar mediante la cual, se mide la cantidad de energía térmica que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca, ya que no depende de la cantidad de materia que tenga el cuerpo. Para una misma sustancia, una mayor temperatura es sinónimo de mayor velocidad de las partículas que la componen.
Existe una relación entre ambos conceptos, ya que calor se refiere a transferencia de energía de un cuerpo o sistema a otro por una diferencia de temperatura entre ambos. Además, se puede modificar la temperatura de un cuerpo agregándole o quitándole calor.
Además el calor sí depende de la cantidad de materia, al contrario que la temperatura. Por ejemplo, si cortamos un cuerpo en dos mitades ambas seguirán teniendo la misma temperatura. Sin embargo, si queremos elevarla en alguna de una de las mitades sólo es necesario agregar la mitad del calor que agregaríamos al todo para generar el mismo ascenso térmico.
Cómo calcular el calor
En termodinámica, existe una ecuación que relaciona el incremento de temperatura de una determinada cantidad de sustancia y el calor que se intercambia en el proceso.
Q= mcT
Según esta ecuación, el calor o energía térmica intercambiada con el entorno es igual a la cantidad de sustancia considerada, multiplicada por su calor específico y por la variación entre la temperatura inicial y la final.
El calor específico es una característica de los cuerpos que da idea de la facilidad que tiene una sustancia para variar su temperatura cuando intercambia calor con el entorno. Se calcula como la división de la capacidad calorífica de una sustancia por unidad de masa. Por su parte, la capacidad calorífica, es la cantidad de calor que el cuerpo debe intercambiar con el entorno para variar su temperatura un grado (Kelvin).
De esto se deduce que cuanto mayor es el calor específico de una sustancia, más calor se debe intercambiar para variar su temperatura.
Cuando se calcula la cantidad de energía térmica intercambiada con el entorno, debemos tener en cuenta que podemos obtener calor positivo o negativo: Q>0 o Q<0. Si la temperatura aumenta, es decir si la temperatura final es mayor que la inicial, el calor será positivo, lo que significa que el cuerpo ganará energía térmica. Lo contrario ocurrirá cuando la temperatura final sea menor que la inicial, obtendremos un calor negativo, lo que querrá decir que el cuerpo pierde energía térmica.
Algunas medidas de calor
El calor se mide en Julios (J) según el Sistema Internacional como un proceso de intercambio de energía. Sin embargo, existen otras medidas también usadas para medir el calor como son la caloría (cal).
Una caloría es una unidad de energía equivalente a 4,185 J, anteriormente definida como unidad de energía térmica equivalente a la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1ºC.
Tipos de calor
Existen dos tipos principales de calor, el calor latente y calor sensible. El calor latente es aquel que es liberado o absorbido por una sustancia a medida que cambia su estado. Cuando el vapor de agua se condensa en líquido, libera su calor a la atmósfera que lo rodea y esta se calienta.
Por otro lado, el calor sensible es el que se intercambia entre la superficie terrestre y la atmósfera y que se debe a la transferencia turbulenta de una masa de aire.
¿Cómo se propaga el calor?
Los intercambios de calor entre distintos cuerpos son tres: convección, conducción y radiación.
La convección es un mecanismo físico por el cual se transporta calor, pero también momento lineal, humedad, etc., mediante el movimiento de la masa que compone un determinado fluido (agua o aire). Este tipo de transporte se produce en líquidos y gases debido a su capacidad de desplazarse libremente y de establecer en su seno corrientes que denominamos convectivas.
La conducción por su parte, es el mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas cuando hay contacto directo entre ellos. En este caso, no hay transporte de materia, sólo de energía.
Por último, la radiación térmica, que es la emitida por un cuerpo como consecuencia de su temperatura. Todo cuerpo emite radiación hacia su entorno y absorbe radiación de este cuerpo.
Una de las consecuencias de las transferencias de calor entre cuerpos es el cambio en el estado de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.
A qué llamamos sensación de calor
El término correcto es sensación térmica y su definición es la sensación de frío o calor que siente una persona a través de la piel, según una combinación de parámetros meteorológicos: temperatura, viento y humedad relativa.
Debido a que a una misma temperatura, la sensación térmica puede variar con distintas condiciones de viento y humedad relativa, hay índices en forma de tablas y ecuaciones, para cuantificar este efecto. Para la sensación térmica por frío se utiliza el índice wind chill y para la sensación térmica por calor, el heat index.