El concepte de calor en física es defineix com: "La contribució de lʻenergia transformada com a resultat dʻuna reacció química o nuclear i transferida entre dos sistemes, o entre dues parts dʻun mateix sistema."
Aquesta quantitat d'energia no és atribuïble a una feina oa una conversió entre dos tipus d'energia diferents.
Segons la definició, la calor és una forma denergia transferida i no una forma denergia continguda, com a energia interna. És a dir, la calor i la feina són formes d'energia que no es poden associar amb l'estat del sistema.
La unitat de mesura de la calor al Sistema Internacional és el joule (J). Tot i això, sovint s'utilitza encara com la unitat de mesura de calories. De vegades també s'usen unitats purament tècniques: com kWh o BTU .
Una caloria es defineix com la quantitat de calor per augmentar la temperatura dun gram daigua un grau Celsius.
Què és la calor específica?
La calor específica (o capacitat calorífica) duna substància es defineix com: la quantitat de calor necessària per augmentar o disminuir en un kelvin la temperatura duna unitat de massa.
En el sistema internacional la unitat de mesura de la calor específica és J/(K · kg).
Diferència entre calor latent i sensible
Si la transferència de calor dóna com a resultat un canvi a l'estat d'agregació, pren el nom de calor latent.
D'altra banda, si la transferència dóna com a resultat una disminució de la diferència de temperatura parlem de calor sensible.
També es parla de calor de reacció quan la calor es consumeix o genera per una reacció química.
Exemple
Per exemple, l'augment de la temperatura de l'aigua de 20 a 50 °C en condicions estàndard es determina pel fet que es proporciona calor sensible.
Si l'aigua està a temperatura d'ebullició, encara que es continuï subministrant calor no augmenta la temperatura fins que no s'hagi completat el canvi de fase de gas. En aquest cas, lenergia semmagatzema en forma de calor latent.
Relació entre energia interna, calor i temperatura
La calor no és una propietat associada a una configuració d'equilibri termodinàmic. En presència d‟un gradient de temperatura, l‟energia calorífica flueix des dels punts freds als punts més calents fins arribar a un punt d‟equilibri tèrmic.
La quantitat de calor intercanviada depèn de la trajectòria en particular seguit de la transformació per arribar des de l'estat inicial a l'estat final. En altres paraules, la calor no és pas una funció d'estat.
L'energia interna i l'energia tèrmica és una funció de l'estat associada amb un estat termodinàmic del sistema.
Energia en trànsit
D'altra banda, la calor no és propietat termodinàmica. La calor es pot definir com a "energia en trànsit", no com a "energia posseïda per un cos".
La calor és intercanviada entre dos cossos (o dues parts del mateix cos) i no posseïda per un sol cos (com és el cas de l'energia interna). En particular, lenergia flueix a causa duna diferència de temperatura entre el sistema en estudi.
Com es propaga la calor?
La transferència d'energia calorífica entre sistemes es pot fer de tres maneres:
-
Propagació per conducció tèrmica: En un sol cos o entre cossos en contacte hi ha una transmissió denergia. Aquesta transferència es produeix pels impactes provocats pel moviment dels àtoms i les molècules dels dos materials que estan en contacte. A cada impacte, part de l'energia cinètica de cada àtom passa a l'altre material.
-
Propagació per convecció: En un fluid en moviment, les parts de fluid poden escalfar o refredar en entrar en contacte amb les superfícies exteriors. En realitat, és una translació d'energia.
-
Propagació per radiació: la transmissió de calor pot tenir lloc a una distància (també al buit) mitjançant ones electromagnètiques. Per exemple, lenergia solar viatja des del Sol fins a la Terra per radiació.
