¿Qué diferencia calor y temperatura?

Mapa de temperatura superficie terrestre Abril 2003
Mapa de temperatura mundial de Abril 2003

Es muy habitual que los conceptos de calor y temperatura se confundan y entremezclen. Ambas con magnitudes escalares relacionadas con la energía cinética de las moléculas, pero por muy relacionadas que estén, son conceptos muy diferentes. A lo largo de este artículo intentaremos conocer sus diferencias más importantes.

El calor es la cantidad de energía térmica que contiene un objeto o sistema, y se corresponde con la cantidad de movimiento de sus moléculas. La cantidad total de calor de dicho objeto o sistema, por tanto, va a depender del número, tamaño y tipo de moléculas.

La temperatura es la medida de como de “caliente” o “frío” está un objeto, no es una cantidad de energía sino una propiedad del objeto. La temperatura no mide la cantidad de energía térmica de la sustancia, sino el movimiento medio de sus moléculas, así que la temperatura no depende del número de moléculas.

Por ejemplo, un vaso y una piscina pueden contener agua a 30 ºC, pero en la piscina habrá considerablemente más cantidad de energía y, por tanto, de calor. Es decir, las dos masas de agua están a la misma temperatura pero la piscina contiene más energía. Esta es la diferencia clave entre ambos conceptos: el calor es una cantidad de energía determinada, la temperatura es una propiedad del objeto.

Misma temperatura, diferente cantidad de calor
Misma temperatura, diferente cantidad de calor

Temperatura

La definición de temperatura se suele realizar a través de las leyes cero y segunda de la termodinámica. Según la ley cero, si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, entonces también están en equilibrio térmico entre sí.

La propiedad física que comparten los tres sistemas en equilibrio térmico es precisamente lo que se llama temperatura. Esta propiedad está directamente relacionada con la energía cinética de los átomos y moléculas, tanto traslacional, como rotacional y de vibración.

Para medir esta propiedad se han intentado muchos métodos, todos ellos basados en escalas completamente arbitrarias, pues la temperatura no mide un cantidad de energía, sino una propiedad relativa. Los métodos más utilizados en la actualidad son los diseñados por Anders Celsius en 1742 y el diseñado por Williman Thomson lord Kelvin en 1848.

El símbolo para la temperatura en el Sistema Internacional es T y se mide en grados Kelvin, una escala que parte del cero absoluto, aunque de forma coloquial son más utilizados los grados celsius, también llamados centígrados. En algunos países se utiliza, aunque cada vez menos, la escala Fahrenheit.

Pero como se mencionó antes, la temperatura es una propiedad de las sustancias, no una cantidad de energía, aunque está en relación directa con la energía cinética media de sus átomos y moléculas y representa como de caliente o de fría está una sustancia respecto a otra.

El calor, por el contrario si es una cantidad de energía. Calor y temperatura tienen una estrecha relación: si dos objetos a diferente temperatura entran en contacto, el calor o energía térmica fluye de forma espontánea desde el objeto más caliente al más frío hasta que la temperatura se iguala y los dos objetos entran en equilibrio térmico, aunque esto no significa que ambos se queden con la misma cantidad de energía, sino que la energía cinética media de sus partículas se igual.

Calor

El calor se suele definir como la cantidad de energía contenida en un sistema, tanto energía cinética como potencial, pero en realidad, desde un punto de vista de la termodinámica, es un modo de transferencia de energía entre sistemas. El nombre exacto de la energía que contiene el sistema es energía interna, no calor, el calor es una forma en la que esa energía interna se puede transferir.

La energía transferida como calor entre dos objetos se puede definir como la energía total transferida entre ambos excluyendo cualquier tipo de trabajo macroscópico. Si el contacto se mantiene durante el tiempo suficiente, los dos objetos alcanzarán el equilibrio térmico, y la propiedad que define dicho equilibrio es la temperatura. Dos objetos en equilibrio térmico tienen la misma temperatura, mientras que el calor, o energía térmica, es la cantidad de energía que se ha transferido entre ellos.

Es importante entender que el calor es energía en tránsito, y por tanto solo se pone de manifiesto en los límites de un sistema. En estos límites la energía en forma de calor se puede transferir por conducción, convección o radiación hacia otro sistema. Otra forma de transferencia de energía es el trabajo, y del mismo modo que una sustancia no tiene “trabajo”, una sustancia no tiene “calor”. Una sustancia tiene propiedades, como la temperatura y la energía interna, y puede transferir esta energía de diferentes formas, entre ellas en forma de calor o energía térmica, o en forma de trabajo mecánico.

Por ejemplo, una sustancia podría recibir calor y aumentar la temperatura. Estaría más caliente, con más energía interna, y podría volver a ceder esta energía en forma en forma de trabajo mecánico, por ejemplo expandirse, y disminuir de temperatura, ya que la energía se puede transformar de un tipo a otro. Que se absorba energía en forma de calor no significa que también se vaya a ceder en forma de calor. El calor es tan solo una forma posible de transferencia de energía.

Para medir el calor desprendido por una sustancia se han utilizado numerosas unidades de energía a lo largo de la historia, en el Sistema Internacional actual se utiliza el símbolo Q y se mide en julios (J).

El calor se mide a través del efecto que produce en el estado o propiedades de otro cuerpo. Por ejemplo, se puede medir a través del aumento o de la disminución de la temperatura que un objeto produce en otro, procedimiento conocido como calorimetría.