Calor específico
El calor específico es la energía necesaria para elevar un kelvin la temperatura de un kilogramo de una sustancia.
El calor específico es la cantidad de energía que hay que aportar a un kilogramo de una sustancia para que su temperatura suba un kelvin. Es una propiedad característica de cada material: explica por qué el agua tarda tanto en calentarse, por qué la arena de la playa quema al mediodía y por qué una sartén de hierro se enfría antes que una olla de agua.
¿Qué es el calor específico?
El calor específico (símbolo c) mide cuánta energía en forma de calor necesita un material, por unidad de masa, para elevar su temperatura un grado. Un calor específico alto indica que la sustancia «almacena» mucha energía por cada grado que sube; uno bajo, que se calienta y se enfría con rapidez.
No debe confundirse con la capacidad calorífica (C), que se refiere a un objeto concreto y no a un material: C = m·c. Una bañera y una taza de agua tienen el mismo calor específico, pero la bañera tiene una capacidad calorífica mucho mayor.
Fórmula y unidades
Donde Q es el calor intercambiado, m la masa y ΔT = Tfinal − Tinicial. Como una diferencia de temperaturas vale lo mismo en kelvin que en grados Celsius, ambas escalas son válidas en esta fórmula.
| Magnitud | Símbolo | Unidad en el SI |
|---|---|---|
| Calor | Q | julio (J) |
| Masa | m | kilogramo (kg) |
| Variación de temperatura | ΔT | kelvin (K) o °C |
| Calor específico | c | J/(kg·K) |
| Capacidad calorífica | C | J/K |
Históricamente se usaba la caloría: 1 cal = 4,184 J. Por definición, el calor específico del agua líquida es de aproximadamente 1 cal/(g·°C), es decir, unos 4186 J/(kg·K).
Calor específico de algunas sustancias
| Sustancia | c aproximado [J/(kg·K)] |
|---|---|
| Agua líquida | 4186 |
| Etanol | 2440 |
| Hielo (cerca de 0 °C) | 2090 |
| Aire (a presión constante) | 1005 |
| Aluminio | 900 |
| Vidrio | 840 |
| Hierro | 450 |
| Cobre | 385 |
| Plomo | 130 |
El agua destaca entre las sustancias comunes por su calor específico elevado, debido a los enlaces de hidrógeno entre sus moléculas. Los metales, en cambio, tienen valores bajos.
Cómo se mide: el calorímetro
El método clásico es la calorimetría de mezclas. Se calienta una muestra del material de masa conocida, se sumerge en un calorímetro con agua a menor temperatura y se espera a que ambos alcancen el equilibrio térmico. Como el calor cedido por la muestra es el absorbido por el agua (y el recipiente), se despeja el calor específico desconocido. Hoy también se emplea la calorimetría diferencial de barrido (DSC) en laboratorios de materiales.
Importancia y aplicaciones
- Clima: el océano absorbe enormes cantidades de energía sin calentarse mucho; por eso las zonas costeras tienen inviernos más suaves y veranos más frescos que el interior.
- Refrigeración y calefacción: el agua se usa como fluido caloportador en radiadores y circuitos de refrigeración porque transporta mucha energía por kilogramo.
- Cocina: los recipientes de cobre o aluminio se calientan rápido; los de hierro fundido retienen el calor.
- Ingeniería: el diseño de motores, edificios (inercia térmica) y dispositivos electrónicos requiere conocer cuánta energía necesitan los materiales para cambiar de temperatura.
Para los sólidos cristalinos, a temperatura ambiente, la ley de Dulong y Petit indica que el calor específico molar ronda los 25 J/(mol·K), es decir, 3R.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuánto calor se necesita para calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C? (c = 4186 J/(kg·K))
ΔT = 80 − 20 = 60 K. Q = m·c·ΔT = 2 · 4186 · 60 = 502 320 J. Resultado: Q ≈ 502 kJ.
2. Una muestra metálica de 300 g absorbe 5400 J y su temperatura sube 20 °C. ¿Cuál es su calor específico? ¿De qué metal podría tratarse?
c = Q/(m·ΔT) = 5400 / (0,3 · 20) = 900. Resultado: c = 900 J/(kg·K), valor correspondiente al aluminio.
3. Se introduce un bloque de hierro de 0,5 kg a 100 °C en 1 kg de agua a 20 °C. Despreciando pérdidas, ¿cuál es la temperatura final? (cFe = 450; cagua = 4186 J/(kg·K))
Calor cedido = calor absorbido: 0,5 · 450 · (100 − T) = 1 · 4186 · (T − 20). Entonces 22 500 − 225T = 4186T − 83 720, de donde 106 220 = 4411T. Resultado: T ≈ 24,1 °C.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el agua tiene un calor específico tan alto?
Porque parte de la energía que recibe se invierte en agitar y romper parcialmente los enlaces de hidrógeno entre moléculas, en lugar de aumentar solo la energía cinética. Eso obliga a aportar más energía para elevar un grado su temperatura.
¿Cuál es la diferencia entre calor específico y capacidad calorífica?
El calor específico es una propiedad del material por unidad de masa, en J/(kg·K). La capacidad calorífica es la de un objeto completo, en J/K, y resulta de multiplicar el calor específico por la masa.
¿El calor específico depende de la temperatura?
Sí, aunque en intervalos pequeños se considera constante. En gases también depende de si el proceso ocurre a volumen constante (cv) o a presión constante (cp).
¿Qué significa que un material tenga calor específico bajo?
Que necesita poca energía para cambiar de temperatura: se calienta y se enfría rápido, como ocurre con los metales.
Conceptos relacionados
Para profundizar, consulta la transferencia de calor, la energía térmica y la termodinámica.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de física. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Calor específico». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/calor-especifico/
