La capacidad calorífica específica, también conocida como calor específico o capacidad térmica específica, es una propiedad de las sustancias relacionada con la cantidad de energía necesaria para aumentar su temperatura.
Una de las características más significativas del agua es que tiene una capacidad calorífica específica muy alta. Esto significa que para aumentar la temperatura del agua hace falta que absorba mucho calor por unidad de masa.
Para hacerse una idea, para que 1 kg de agua aumente su temperatura 1 ºC, se necesitan 4184 J (julios), mientras que solo se necesitan 385 J para hacer lo mismo con 1 kg de cobre o 130 J para el plomo.
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¿Qué es el calor específico?
El calor específico se basa en el concepto de capacidad calorífica, o cantidad de energía térmica que se necesita para cambiar la temperatura de una sustancia. La capacidad calorífica se define como una propiedad extensiva de la materia, y por tanto es una propiedad que depende proporcionalmente de la masa o cantidad de materia.
La capacidad calorífica específica, también llamada calor específico, se define como la capacidad calorífica para una unidad de masa concreta. En el Sistema Internacional se define exactamente como la capacidad calorífica para 1 kilogramo de sustancia y para un aumento de temperatura de 1 kelvin.
La capacidad calorífica se mide en julios por kelvin (J/K) y su símbolo es C:
La capacidad calorífica específica se mide en J/(K·kg). Si el cambio de temperatura de una sustancia homogénea no supone cambio de estado, la relación de ese cambio de temperatura, la masa y el calor intercambiado se suele expresar de la siguiente forma:
Donde:
- Q es el calor
- m la masa,
- ΔT el cambio de temperatura
- c el calor específico
Así, el calor específico se puede obtener como:
El calor específico es diferente según se mantenga constante el volumen de la sustancia (calor específico isocórico) o se mantenga constante la presión (calor específico isobárico), aunque en la práctica esta diferencia se utiliza principalmente cuando se trabaja con gases.
Valor del calor específico del agua
En condiciones estándar, un kilogramo de agua necesita 1 kilocaloría para que su temperatura aumente 1 ºC, es decir, 1 kcal/°C·kg, lo que equivale a 4184 J/(K·kg) en el sistema internacional.
El calor específico del agua es más alto que cualquier otra sustancia común. Si pones un barreño con agua en verano a pleno Sol, se calentará y se pondrá templada, pero no podrás cocer unos huevos en ella, pero si dejas una barra de metal probablemente no podrás cogerla, quemará.
El alto calor específico del agua se debe a los puentes de hidrógeno, un tipo de interacción molecular que se dan entre las moléculas de agua y que es tan fuerte que hace necesario aportar mucha energía para hacerlas vibrar y que aumenten de temperatura.
Importancia en la regulación meteorológica
El hecho de que el agua tenga una capacidad calorífica tan alta no es solo un dato curioso, es una propiedad muy importante que contribuye de forma muy notable a la regulación meteorológica y del clima.
Al tener tan alto calor específico, las grandes masas de agua regulan las fluctuaciones extremas, sobre todo de la temperatura.
En un lago, por ejemplo, el alto calor específico mantiene la temperatura media del agua relativamente constante entre el día y la noche. Este mismo efecto se puede llevar a escalas mayores. Así, los océanos, mares y lagos regulan las fluctuaciones y rangos de temperatura en grandes regiones.
Es un factor meteorológico y ambiental fundamental en las zonas costeras e insulares. Los pueblos y ciudades cerca de grandes masas de agua se calientan más lentamente y también se enfrían más lentamente, por lo que experimentan menores fluctuaciones y temperaturas menos extremas.
Gracias al alto calor específico del agua, tanto los inviernos como los veranos se hacen más suaves que en zonas de interior pero a la misma latitud. Teniendo en cuenta que los océanos cubren el 70% de la superficie del planeta, este efecto es sin duda esencial para regular la meteorología a nivel mundial.