¿Por qué el aceite se calienta más que el agua?

Mismo calor, distinta subida de temperatura: agua y aceite

En este ejercicio de calorimetría vamos a ver una idea muy importante: dos sustancias pueden recibir la misma cantidad de calor y, sin embargo, aumentar su temperatura de forma distinta.

Imaginemos la siguiente situación. Disponemos de una cantidad de calor de \(10000\text{ J}\) y se la entregamos a dos sustancias diferentes: agua y aceite.

En ambos casos usamos la misma masa:

\[ 0{,}50\text{ kg} \]

Sin embargo, las sustancias no son iguales. El agua tiene un calor específico distinto al del aceite. Y esa diferencia será la clave de todo el problema.

Enunciado del problema

Se entregan \(10000\text{ J}\) a \(0{,}50\text{ kg}\) de agua y a \(0{,}50\text{ kg}\) de aceite.

Datos:

\[ c_{\text{agua}}=4180\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)} \] \[ c_{\text{aceite}}=2000\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)} \]

Calcula la subida de temperatura en cada caso.

Idea clave del ejercicio

La fórmula fundamental que vamos a usar es:

\[ Q=mc\Delta T \]

donde:

• \(Q\) es el calor absorbido o cedido por la sustancia.
• \(m\) es la masa.
• \(c\) es el calor específico.
• \(\Delta T\) es la variación o subida de temperatura.

En este problema, el agua y el aceite reciben el mismo calor y tienen la misma masa. La diferencia está en el calor específico.

Como nos piden la subida de temperatura, despejamos \(\Delta T\):

\[ Q=mc\Delta T \] \[ \Delta T=\frac{Q}{mc} \]

Esta será la expresión que aplicaremos dos veces: una para el agua y otra para el aceite.

Cálculo de la subida de temperatura del agua

Para el agua tenemos:

\[ Q=10000\text{ J} \] \[ m=0{,}50\text{ kg} \] \[ c_{\text{agua}}=4180\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)} \]

Sustituimos en la fórmula:

\[ \Delta T_{\text{agua}} = \frac{10000}{0{,}50\cdot 4180} \]

Calculamos primero el denominador:

\[ 0{,}50\cdot 4180=2090 \]

Por tanto:

\[ \Delta T_{\text{agua}} = \frac{10000}{2090} \] \[ \Delta T_{\text{agua}}\approx 4{,}78\text{ K} \]

\[ \boxed{\Delta T_{\text{agua}}\approx 4{,}78\text{ K}} \]

Cálculo de la subida de temperatura del aceite

Para el aceite tenemos:

\[ Q=10000\text{ J} \] \[ m=0{,}50\text{ kg} \] \[ c_{\text{aceite}}=2000\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)} \]

Sustituimos:

\[ \Delta T_{\text{aceite}} = \frac{10000}{0{,}50\cdot 2000} \]

Calculamos el denominador:

\[ 0{,}50\cdot 2000=1000 \]

Entonces:

\[ \Delta T_{\text{aceite}} = \frac{10000}{1000} \] \[ \Delta T_{\text{aceite}}=10\text{ K} \]

\[ \boxed{\Delta T_{\text{aceite}}=10\text{ K}} \]

Comparación entre agua y aceite

Sustancia	Masa	Calor recibido	Calor específico	Subida de temperatura
Agua	\(0{,}50\text{ kg}\)	\(10000\text{ J}\)	\(4180\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}\)	\(\approx 4{,}78\text{ K}\)
Aceite	\(0{,}50\text{ kg}\)	\(10000\text{ J}\)	\(2000\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}\)	\(10\text{ K}\)

El aceite aumenta más su temperatura que el agua. La razón es que su calor específico es menor.

Cuanto menor es el calor específico de una sustancia, más aumenta su temperatura al recibir una misma cantidad de calor, si la masa es la misma.

Por eso, en este caso, el aceite alcanza una subida de temperatura de \(10\text{ K}\), mientras que el agua solo sube aproximadamente \(4{,}78\text{ K}\).

¿Por qué se puede hablar también de grados Celsius?

En el ejercicio hemos expresado la subida de temperatura en kelvin, porque las unidades del calor específico aparecen en:

\[ \text{J/(kg}\cdot\text{K)} \]

Pero cuando hablamos de diferencias de temperatura, una variación de \(1\text{ K}\) equivale a una variación de \(1^\circ\text{C}\).

Por ejemplo, una subida de \(10\text{ K}\) equivale a una subida de \(10^\circ\text{C}\).

Eso no significa que \(10\text{ K}\) sea lo mismo que \(10^\circ\text{C}\) como temperatura absoluta. Significa que, como incremento, el tamaño del cambio es el mismo.

Resultado final

\[ \boxed{\Delta T_{\text{agua}}\approx 4{,}78\text{ K}} \] \[ \boxed{\Delta T_{\text{aceite}}=10\text{ K}} \]

El aceite se calienta más porque su calor específico es menor. Dicho de otra forma: para conseguir que el agua suba mucho de temperatura, hay que entregarle bastante calor. El agua tiene una gran capacidad para absorber energía sin aumentar demasiado su temperatura.

Resumen del procedimiento

1. Identificamos el calor entregado: \(Q=10000\text{ J}\).
2. Identificamos la masa de cada sustancia: \(m=0{,}50\text{ kg}\).
3. Usamos el calor específico de cada material.
4. Aplicamos la fórmula \(Q=mc\Delta T\).
5. Despejamos: \(\Delta T=\dfrac{Q}{mc}\).
6. Comparamos los resultados.

Preguntas frecuentes

¿Qué representa el calor específico?

El calor específico indica cuánta energía necesita una sustancia para aumentar su temperatura. Si una sustancia tiene un calor específico alto, cuesta más calentarla.

¿Por qué el agua se calienta menos que el aceite?

Porque el agua tiene un calor específico mayor. Eso significa que, para la misma masa y el mismo calor recibido, su temperatura aumenta menos.

¿Es lo mismo una subida de 10 K que una subida de 10 °C?

Sí, cuando hablamos de variaciones de temperatura. Una diferencia de \(10\text{ K}\) equivale a una diferencia de \(10^\circ\text{C}\).

Aquí tienes la clase en formato vídeo

FÍSICA CON JUAN — Termodinámica desde cero, paso a paso.