Suponga que vierte una cantidad fija de agua en dos vasos de precipitados diferentes. Un vaso es alto y estrecho, y el otro vaso es alto y ancho. Si la cantidad de agua vertida en cada vaso de precipitados es la misma, es de esperar que el nivel de agua sea mayor en el vaso de precipitados estrecho.

El ancho de estos cubos es análogo al concepto de capacidad calorífica específica. En esta analogía, el agua que se vierte en los cubos puede considerarse como la energía térmica que se agrega a dos materiales diferentes. El aumento de nivel en los cubos es análogo al aumento de temperatura resultante.
¿Qué es la capacidad calorífica específica?

La capacidad calorífica específica de un material es la cantidad de energía calorífica requerida para elevar una unidad de masa de ese material por 1 Kelvin (o grado Celsius). Las unidades SI de capacidad calorífica específica son J /kgK (julios por kilogramo × Kelvin).

El calor específico varía según las propiedades físicas de un material. Como tal, es un valor que normalmente busca en una tabla. El calor Q
agregado a un material de masa m
con capacidad calorífica específica c
resulta en un cambio de temperatura ΔT
determinado por la siguiente relación :
Q \u003d mc \\ Delta T El calor específico del agua

La capacidad calorífica específica del granito es 790 J /kgK, el plomo es 128 J /kgK, el vidrio es 840 J /kgK, de el cobre es 386 J /kgK y el agua es 4,186 J /kgK. Tenga en cuenta la capacidad de calor específica del agua mucho mayor en comparación con las otras sustancias en la lista. Resulta que el agua tiene una de las capacidades de calor específicas más altas de cualquier sustancia.

Las sustancias con capacidades de calor específicas más grandes pueden tener temperaturas mucho más estables. Es decir, sus temperaturas no fluctuarán tanto cuando agregue o elimine energía térmica. (Piense en la analogía del vaso al comienzo de este artículo. Si agrega y resta la misma cantidad de líquido al vaso ancho y al vaso estrecho, el nivel cambia mucho menos en el vaso ancho).

Es por esto que las ciudades costeras tienen climas mucho más templados que las ciudades del interior. Estar cerca de un cuerpo de agua tan grande estabiliza sus temperaturas.

La gran capacidad calorífica específica del agua también es la razón por la cual, cuando sacas una pizza del horno, la salsa aún te quemará incluso después de que la corteza se haya enfriado. . La salsa que contiene agua tiene que emitir mucha más energía térmica antes de que pueda bajar de temperatura en comparación con la corteza.
Ejemplo de capacidad calorífica específica

Suponga que se agregan 10,000 J de energía calorífica a 1 kg. de arena ( c
_{s \u003d 840 J /kgK) inicialmente a 20 grados Celsius, mientras que la misma cantidad de energía térmica se agrega a una mezcla de 0.5 kg de arena y 0.5 kg de agua, también inicialmente a 20 C. ¿Cómo se compara la temperatura final de la arena con la temperatura final de la mezcla de arena /agua?}

Solución: Primero, resuelva la fórmula de calor para ΔT
para obtener:
\\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {mc}

Para la arena, entonces, obtienes el siguiente cambio de temperatura:
\\ Delta T \u003d \\ frac {10,000} {1 \\ times 840} \u003d 11.9 \\ text {grados}

Lo que da una temperatura final de 31.9 C.

Para la mezcla de arena y agua, es un poco más complicado. No se puede dividir la energía térmica en partes iguales entre el agua y la arena. Se mezclan entre sí, por lo que deben experimentar el mismo cambio de temperatura.

Si bien conoce la energía calorífica total, no sabe cuánto obtiene cada uno al principio. Sea Q _{s
la cantidad de energía del calor que recibe la arena y Q w
sea la cantidad de energía que recibe el agua. Ahora use el hecho de que Q \u003d
Q s + Q w
para obtener lo siguiente:
Q \u003d Q_s + Q_w \u003d m_sc_s \\ Delta T + m_wc_w \\ Delta T \u003d (m_sc_s + m_wc_w) \\ Delta T}

Ahora es sencillo resolver ΔT:

\\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}

Al insertar números, se obtiene:
\\ Delta T \u003d \\ frac {10,000} {0.5 \\ times 840 + 0.5 \\ times 4,186} \u003d 4 \\ text {grados}

La mezcla solo aumenta 4 C, para un final ¡temperatura de 24 C, significativamente más baja que la arena pura!