El calor específico (s) es una forma particular de capacidad calorífica. Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar en una unidad la temperatura de una unidad de masa de una sustancia, por eso también se considera una propiedad termodinámica. En términos prácticos, indica cuánta energía debe añadirse o retirarse para que la temperatura de 1 kg (o 1 g) de una sustancia cambie 1 K (o 1 °C). Los valores de calor específico dependen del material y varían con la temperatura y la fase (sólido, líquido, gas); por eso el término capacidad calorífica, aunque relacionado, no siempre describe con la misma precisión la respuesta térmica de una unidad de masa.

Fórmula y cálculo

La relación más usada para calcular la cantidad de calor q intercambiada cuando cambia la temperatura es:

q = m · s · ΔT

donde:

  • q es el calor transferido (J, julio).
  • m es la masa (kg o g).
  • s es el calor específico (J·kg⁻¹·K⁻¹ o J·g⁻¹·°C⁻¹).
  • ΔT es el cambio de temperatura (K o °C).

También se usa la capacidad calorífica total C (unidad J·K⁻¹), relacionada por C = m · s. Para gases se distinguen con frecuencia el calor específico a presión constante (cp) y a volumen constante (cv).

Unidades

  • Unidad SI del calor específico: J·kg⁻¹·K⁻¹.
  • Equivalente práctico: J·g⁻¹·°C⁻¹ (ΔT en °C equivale a ΔT en K).
  • Otra unidad frecuente (no SI): cal·g⁻¹·°C⁻¹, con 1 cal = 4,184 J. Por eso el agua líquida tiene s ≈ 1 cal·g⁻¹·°C⁻¹ = 4 184 J·kg⁻¹·K⁻¹.
  • Para cantidades por mol se usa la capacidad calorífica molar C (J·mol⁻¹·K⁻¹).

Valores típicos (aproximados)

  • Agua líquida: ≈ 4 184 J·kg⁻¹·K⁻¹ (≈ 1 cal·g⁻¹·°C⁻¹).
  • Hielo: ≈ 2 100 J·kg⁻¹·K⁻¹.
  • Aire (a presión constante): ≈ 1 005 J·kg⁻¹·K⁻¹.
  • Aluminio: ≈ 900 J·kg⁻¹·K⁻¹.
  • Cobre: ≈ 385 J·kg⁻¹·K⁻¹.
  • Hierro: ≈ 450 J·kg⁻¹·K⁻¹.

Ejemplos prácticos

  • Calcular el calor necesario para calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C:

    ΔT = 80 − 20 = 60 K. Usando s = 4 184 J·kg⁻¹·K⁻¹: q = 2 · 4 184 · 60 = 502 080 J ≈ 502 kJ.

  • Calentar 0,5 kg de aluminio de 20 °C a 100 °C (s ≈ 900 J·kg⁻¹·K⁻¹):

    ΔT = 80 K. q = 0,5 · 900 · 80 = 36 000 J = 36 kJ.

Dependencia de temperatura y fase

El calor específico no suele ser constante para todo el rango de temperatura: cambia con la temperatura y sufre variaciones abruptas en transiciones de fase (fusión, vaporización). En gases, cp y cv difieren y su relación está ligada a la naturaleza molecular del gas. Para sólidos y líquidos la diferencia entre cp y cv suele ser pequeña y a menudo se usa un único valor aproximado.

Resumen: el calor específico (s) mide la cantidad de energía necesaria para cambiar la temperatura por unidad de masa. Se calcula con q = m·s·ΔT, sus unidades SI son J·kg⁻¹·K⁻¹, y sus valores dependen del material, la temperatura y la fase.