Unidades de medida del Calor (熱測定ユニット)

Publicado: agosto 5, 2013 en Tercer Periodo (第三の二ヶ月)
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La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule.

Otra unidad ampliamente utilizada para medir la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura 1 °C. Diferentes condiciones iniciales dan lugar a diferentes valores para la caloría. La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (kcal), que se conoce como caloría grande y es utilizada en nutrición.

1 kcal = 1000 calJoule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:

1 cal = 4,184 J El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.

Caloría:

La caloría (símbolo cal) es una unidad de energía del ya en desuso Sistema Técnico de Unidades, basada en el calor específico del agua. Aunque en el uso científico actual, la unidad de energía es el julio (del Sistema Internacional de Unidades), permanece el uso de la caloría para expresar el poder energético de los alimentos.

La caloría fue definida por primera vez por el profesor Nicolas Clément en 1824 como una caloría-kilogramo y así se introdujo en los diccionarios franceses e ingleses durante el periodo que va entre 1842 y 1867.

La caloría térmica surgió como consecuencia del abandono de la teoría del calórico: se suponía que la trasmisión de calor se producía por el paso de un cierto fluido (el calórico) de un cuerpo a otro. Esa cantidad de calórico se mediría en calorías. Descartada la teoría del calórico, y reconocido el hecho físico de que el calor es una manifestación de la energía, se definió la caloría como una unidad de energía del sistema métrico de unidades (y más adelante del sistema Técnico de Unidades). Actualmente la caloría no se incluye en la categoría de las unidades energéticas del Sistema Internacional de Unidades (SI).

Las cantidades de calor Q se miden con calorímetros especializados en los que interviene la siguiente fórmula física:

Q = m\,c\,\Delta T

donde m\, es la masa, c\, el calor específico y \Delta T\, el incremento de temperatura que experimenta el cuerpo.

Algunas definiciones obsoletas de la caloría se refieren a dos calorías diferentes:

  • La denominada caloría pequeña o caloría-gramo, que corresponde a la caloría propiamente dicha, representa la energía calorífica necesaria para incrementar un grado celsius la temperatura de un gramo de agua, desde 14,5 °C a 15,5 °C. Equivale a 4,1868 J.
  • La caloría grande o caloría-kilogramo, representa la energía calorífica necesaria para elevar en un grado celsius la temperatura de un kilogramo de agua. Esta definición corresponde a la kilocaloría propiamente dicha y equivale a 4,1868 kJ. Esta caloría se empleaba antiguamente en Biología, Medicina y Nutrición, y se le asignaba el símbolo Cal (con C mayúscula) para diferenciarla de la caloría propiamente dicha, de símbolo cal.

1 kcal = 1000 cal = 4, 1868 kJ = 4186, 8 J

Esta mala costumbre está en proceso de erradicación como consecuencia de la rigurosa aplicación de las leyes referentes al etiquetado de alimentos, al menos en los países más desarrollados. La información que aparece en las etiquetas de los alimentos es indicativa del valor energético que poseen algunos alimentos y suele expresarse en kcal/kg y en kJ/kg(kilocalorías o kilojulios por kilogramo de alimento), o también en raciones de 100 gramos o en las que correspondan a una dieta normal.
  • Han sido usadas diferentes tipos de calorías, a saber:
    • Una caloría correspondiente a los 15 °C: 1 cal15 = 4,1855 J (Valor adoptado por el CIPM en 1950; PV, 1950, 22, 79-80)
    • La caloría termoquímica TH (del inglés thermochemical): 1 calth = 4,184 J
    • Una caloría denominada IT (del inglés International Table): 1 calIT = 4,1868 J (5th International Conference on the Properties of Steam, Londres, 1956)¹

Joule:

El julio (en inglés y también en español: joule)1 es la unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir energía, trabajo y calor. Su símbolo es J, con mayúscula, como todos los símbolos de unidades del SI que derivan de nombres de persona.

La unidad julio se puede definir como:

  • la energía cinética (movimiento) de un cuerpo con una masa de un kilogramo, que se mueve con una velocidad de un metro por segundo (m/s) en el vacío. E_c = \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} mv^2
  • el trabajo necesario para mover una carga eléctrica de un culombio a través de una tensión (diferencia de potencial) de un voltio. Es decir, un voltio-columbio (V·C). Esta relación puede ser utilizada, a su vez, para definir la unidad voltio.
  • el trabajo necesario para producir un vatio (watt) de potencia durante un segundo. Es decir, un vatio-segundo (W·s). Esta relación puede además ser utilizada para definir el vatio.

Puede utilizarse para medir calor, el cual es energía cinética (movimiento en forma de vibraciones) a escala atómica y molecular de un cuerpo.

Toma su nombre en honor al físico James Prescott Joule.

En unidades un julio, representado por J, equivale a :

1 j = 1N · m = ( kg · m/s²) · m = kg · m²/ s²

Donde N representa Newtons, m representa metros, kg representa kilogramos y s representa segundos.

El julio también es igual a 1 vatio-segundo (W·s), por lo que eléctricamente es el trabajo realizado por una diferencia de potencial de 1 voltio y con una intensidad de 1 amperio durante un tiempo de 1 segundo.²

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