La calorimetría es una rama de la Física destinada a estudiar el intercambio de calor entre cuerpos, así como los fenómenos relacionados con esta transferencia térmica.
La calorimetría es el área de la Física dedicada a estudiar el intercambio de energía térmica (calor), que se produce entre los cuerpos y su entorno. A través de él se descubre la temperatura de equilibrio de un sistema de cuerpos. Por ejemplo, si echamos agua fría y caliente en un recipiente al mismo tiempo, obtendremos agua tibia.
También se conoce la cantidad de energía térmica que se puede notar en variaciones de temperatura o cambios en el estado físico del sistema. Esta energía que se mueve se llama calor, ya que se produce como consecuencia de la diferencia de temperatura entre los cuerpos.
La palabra calorimetría proviene de la unión de dos palabras, a saber, «calor» y «metro». La palabra “calor” proviene del latín y significa lo que está caliente, mientras que “metro” proviene del griego y su significado es medida.
Pero, ¿qué es el calor?
Podemos definir el calor como energía térmica en tránsito. Si un cuerpo está en contacto térmico con otro, evidentemente hay transferencia de calor entre ellos. Y esta transmisión térmica continuará hasta que se alcance el equilibrio térmico.
¿Y cómo conceptualizar el equilibrio térmico? Muy sencillo, ya que ocurre en cuanto los cuerpos alcanzan la misma temperatura. Una observación importante es que existe una ruta bien conocida, ya que el calor siempre irá del cuerpo más caliente al de temperatura más baja.
El contacto térmico puede darse por: convección, inducción y contacto, siempre que permita la transferencia de calor. De esta forma, las transferencias térmicas entre cuerpos siempre ocurrirán de acuerdo con uno o más de estos procesos.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de calor es el Joule (J), pero también se usa la unidad caloría (cal). Una caloría es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de 1,0 g de agua pura. Eleva la temperatura en el siguiente orden: de 14,5°C a 15,5°C y vale 4,186 J.
¿Cómo calcula la calorimetría el calor?
El calor sensible, en Calorimetría, es cuando se altera la temperatura de un cuerpo, ya que puede incluso cambiar sus dimensiones. Así, en calor sensible, el cuerpo tiene su temperatura variada, pero puede cambiar o no de dimensiones. Si esto ocurre, es porque se ha desencadenado el proceso denominado dilatación térmica.
La fórmula para calcular el calor sensible es:
Donde: “Q” = Cantidad de calor (J o cal); “m” = Masa del cuerpo (kg o g); “c” = Calor específico (J/kg.K o cal/gºC); ΔT = Variación de temperatura (K o ºC).
Es importante señalar que el calor específico (c) es una cantidad muy importante, por lo que está presente en la fórmula anterior. Es una unidad que muestra la cantidad de calorías necesarias para aumentar una masa de 1,0 g en 1,0 °C . El calor específico se encuentra fácilmente en el agua, ya que es igual a 1,0 cal/g°C.
Además del agua, el calor específico se encuentra en algunas otras sustancias. Por ejemplo, en el hielo el calor específico es 0,5 cal/gºC, en el etanol es 0,58 y en el oro 0,03.
El flujo de calor y la curva de calentamiento.
En calorimetría, el flujo de calor, también llamado flujo térmico, es una cantidad que da la velocidad de paso del calor a través de un área determinada. Se determina en el Sistema Internacional de Unidades en Joules por segundo (J/s). Su símbolo está representado por la letra griega Φ.
La fórmula utilizada para calcular el flujo de calor es la siguiente:
Donde: “Φ” = Flujo de calor (J/s o cal/s); “k” = Conductividad térmica (W/mK); “A” = Área corporal (m²); “e” = Grosor del cuerpo (m).
La curva de calentamiento es una gráfica de la temperatura de una determinada sustancia, como resultado de la cantidad de calor suministrado o recibido. La curva de calentamiento se determina fácilmente en toda sustancia pura.
A medida que la sustancia se calienta o se enfría, la gráfica sube o baja. Sin embargo, en los cambios de fase, toma la forma de una línea recta paralela al eje horizontal.
Finalmente, es importante hablar de los intercambios de calor, ya que son la base de la Calorimetría. En un sistema cerrado, cero es la suma de los intercambios de calor entre cuerpos, es decir, igual a 0.
Esta propiedad proviene de la conservación de la energía. Esto significa que todo el calor liberado por el cuerpo más caliente es absorbido por el de temperatura más baja. De esta forma, podemos escribir la siguiente relación:
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