Calculadora de transferencia de calor (Q = mcΔT y temperatura de mezcla)
Elige un material de la lista de calores específicos (o introduce el tuyo), la masa y las temperaturas. Obtendrás el calor en julios, kilocalorías y kilovatios-hora, o la temperatura de equilibrio de una mezcla.
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Fórmula
- Calor para cambiar una temperatura:
Q = m × c × ΔT(m en kg, c en J/(kg·K), ΔT en K o °C; un cambio de 1 °F equivale a 5/9 K). - Mezcla de dos sustancias:
Tf = (m1·c1·T1 + m2·c2·T2) ÷ (m1·c1 + m2·c2). - Conversiones:
1 kcal = 4184 J,1 kWh = 3 600 000 J,1 lb = 0,45359237 kg.
Supuestos: sin cambio de fase (sin fusión ni ebullición), calor específico constante y sin pérdida de calor hacia el entorno o el recipiente. Un Q negativo significa que la sustancia cede calor.
Ejemplo resuelto
Calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C: Q = 2 × 4184 × 60 = 502 080 J = 120 kcal = 0,1395 kWh.
Introducir 0,2 kg de cobre a 100 °C en 0,5 kg de agua a 20 °C: Tf = (0,2×385×100 + 0,5×4184×20) ÷ (0,2×385 + 0,5×4184) = 49 540 ÷ 2 169 = 22,84 °C, y el cobre cede 0,2 × 385 × (100 − 22,84) = 5 941 J.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la fórmula de transferencia de calor Q = mcΔT?
Q = m × c × ΔT, donde m es la masa en kg, c el calor específico en J/(kg·K) y ΔT el cambio de temperatura. Calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C requiere 2 × 4184 × 60 = 502.080 J, que son 120 kcal o 0,139 kWh.
¿Cómo se calcula la temperatura final de una mezcla?
El calor que pierde la sustancia caliente es igual al que gana la fría, así que Tf = (m1·c1·T1 + m2·c2·T2) ÷ (m1·c1 + m2·c2). Un bloque de 0,2 kg de cobre a 100 °C introducido en 0,5 kg de agua a 20 °C se estabiliza en (7700 + 41.840) ÷ (77 + 2092) = 22,84 °C.
¿Por qué el agua cambia de temperatura tan despacio?
El agua tiene uno de los calores específicos más altos de los materiales comunes, 4184 J/(kg·K), unas 11 veces el del cobre (385). Necesita mucha energía para calentarse y libera mucha al enfriarse, por eso se usa en los sistemas de calefacción y modera el clima.
¿La calculadora incluye la fusión o la ebullición?
No. Supone que el material permanece en una sola fase y que el calor específico es constante en el rango. Al fundirse el hielo o hervir el agua se absorbe calor latente adicional que no se incluye, así que los resultados cerca de 0 °C o 100 °C para el agua solo son válidos si no hay cambio de fase. La mezcla también supone que no se pierde calor hacia el recipiente ni hacia el entorno.
¿Qué significa un resultado negativo?
Q es negativo cuando la sustancia se enfría: cede calor. Enfriar 0,5 kg de hierro de 300 °C a 20 °C da Q = 0,5 × 449 × (−280) = −62.860 J. En el modo de mezcla, el resultado es el calor que pasa de la sustancia más caliente a la más fría.