Page 370 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

17.2 La cantidad de calor 351

temperatura. La energía térmica perdida o ganada por los objetos se llama calor. Este capítulo
se ocupa de la medición cuantitativa del calor.

El significado de! calor

En el pasado se creía que dos sistemas alcanzaban su equilibrio térmico por medio de la transfe­
rencia de una sustancia llamada calórico. Se había postulado que todos los cuerpos contenían una
cantidad de calórico proporcional a su temperatura. De este modo, cuando dos objetos estaban
en contacto, el objeto de mayor temperatura transfería calórico al objeto de menor temperatura
hasta que sus temperaturas se igualaban. La idea de que una sustancia se transfiere conlleva la
implicación de que hay un límite para la cantidad de energía calorífica que es posible obtener de
un cuerpo. Esta última idea fue la que, a la postre, condujo a la caída de la teoría del calórico.
El conde Rumford de Baviera fue el primero que puso en duda la teoría del calórico. El rea­
lizó su descubrimiento en 1798 cuando supervisaba la perforación de un cañón. Toda la super­
ficie de éste se mantenía llena de agua, durante la operación, para evitar el sobrecalentamiento.
A medida que el agua hervía y se evaporaba, los operarios la reponían. De acuerdo con la teoría
existente, se tenía que suministrar calórico para que el agua hirviera. La aparente producción de
calórico se explicaba con la suposición de que cuando la materia se dividía extremadamente,
perdía parte de su capacidad para retener el calórico. Rumford diseñó un experimento con el
fin de demostrar que aun cuando una herramienta para taladrar no cortaba totalmente el metal
del cañón, se producía el suficiente calórico para que el agua hirviera. En realidad, parecía que
mientras se suministrara trabajo mecánico, la herramienta era una inagotable fuente de calórico.
Rumford acabó con la teoría del calórico basándose en sus experimentos y sugirió que la expli­
cación tenía que estar relacionada con el movimiento. Por consiguiente, surgió la idea de que el
trabajo mecánico era responsable de la generación de calor. Posteriormente, sir James Prescott
Joule estableció la equivalencia de calor y trabajo como dos formas de energía.

La cantidad de calor
La idea del calor como una sustancia se debe descartar. No se trata de algo que el objeto posea,
sino de algo que él mismo cede o absorbe. El calor es simplemente otra forma de energía que pue­
de medirse únicamente en términos del efecto que produce. La unidad de energía del SI, el joule,
es también la unidad preferida para medir el calor, puesto que éste es una forma de energía. Sin
embargo, hay tres antiguas unidades que aún se conservan, y de ellas se hablará también en este
texto. Estas primeras unidades se basaron en la energía térmica requerida para producir un cambio
patrón. Son la caloría, la kilocaloría y la unidad térmica británica (.British thermal unit) o Btu.

Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la tem peratura de
un gram o de agua en un grado Celsius.
Una kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesario para elevar la te m p era ­
tura de un kilogram o de agua en un grado Celsius (1 kcal = 1 000 cal).
Una unidad térm ica británica (Btu) es la cantidad de calor necesaria para elevar
la tem peratura de una libra patrón (Ib) de agua en un grado Fahrenheit.
Además del hecho de que estas viejas unidades implican que la energía térmica no se
puede relacionar con otras formas de energía, existen otros problemas con su uso. El calor
requerido para cambiar la temperatura del agua de 92 a 93°C no es exactamente el mismo
que el que se necesita para elevar la temperatura de ese líquido de 8 a 9°C. Por tanto, es
necesario especificar el intervalo de temperatura para la caloría y para la unidad térmica bri­
tánica en aplicaciones de precisión. Los intervalos elegidos fueron 14.5 a 15.5°C y 63 a 64°F.
Además, la unidad libra que aparece en la definición del Btu debe ser reconocida como la
masa de la libra patrón. Esto representa el abandono de las unidades del SUEU, ya que en
ese sistema la libra quedó reservada para expresar el peso. Por tanto, en este capítulo, cuando