Calórico
Múnich, 1798. El conde Rumford ve cómo se taladran cañones en el arsenal y se plantea una pregunta de cálculo. Si el calor es una sustancia repartida en el metal, su reserva es finita, y el taladrado dejará algún día de calentar. Toma una barrena roma, pone el cañón en una caja con agua y a las dos horas y media tiene agua hirviendo. Cambia el agua — vuelve a hervir.
El calórico era una materia imponderable que Lavoisier incluyó en su tabla de sustancias simples. Se creía que fluía de lo caliente a lo frío y que se conservaba al hacerlo. Su cantidad se medía en calorías: una caloría calienta un gramo de agua un grado. La teoría dio tablas correctas de capacidades caloríficas e incluso la teoría de las máquinas térmicas de Carnot. Pero el experimento de Rumford mostró que se puede obtener calor sin fin mientras se realice trabajo.
| Notación | caloric · calorique · medida cal |
| Cómo se medía | por la masa de hielo fundido y el calentamiento del agua · Q = c·m·ΔT |
| Qué se suponía | conservación: lo que salía de un cuerpo llegaba a otro |
| Introducción y abandono | calorique — Lavoisier, 1789 · experimento de Rumford — 1798 · equivalente mecánico — Joule, 1843—1850 |
| Notación actual | el calor es una forma de energía, en julios · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Valores típicos | 79,7 cal — fundir un gramo de hielo · 540 cal — evaporar un gramo de agua · 2000 kcal — ración diaria |
01 · Definición
El fluido imponderable del calor
En el sistema de finales del siglo XVIII, el calórico está contenido en los cuerpos y fluye de los calientes a los fríos. Sus partículas se repelen entre sí — por eso el calor se extiende y los cuerpos se dilatan al calentarse. Las sustancias retienen el calórico de forma distinta: el hierro necesita diez veces menos que el agua para calentarse un grado.
También se explicaba el calor latente de Black: el hielo que se funde toma calórico pero no se calienta, así que entra en forma ligada. Todo el cálculo del sistema descansaba en un supuesto — que el calórico se conserva. Precisamente ese hubo que abandonar. Las fórmulas de la capacidad calorífica siguieron siendo válidas; solo que el calor ahora cuenta como energía.
El calor en la balanza, sin termómetro
En el centro, una muestra caliente dentro de una cámara de hielo; su color depende de la temperatura. En turquesa, el hielo y el agua de fusión, que escurre a la taza de abajo — su masa da el calor. La envoltura exterior también es de hielo y protege el experimento del calor de la habitación. Los puntos ambarinos son el calórico tal como se imaginaba: sale de la muestra hacia el hielo hasta que la muestra se enfría a cero.
Cómo el calórico lo explicaba todo — hasta que empezaron a taladrar
Aquí el calórico está dibujado como se lo imaginaba: 260 partículas ambarinas de un fluido imponderable. En los tres primeros experimentos su número no cambia; solo pasan de un cuerpo a otro, dilatan el cuerpo o se esconden en el hielo que se funde. Los círculos huecos son calórico ligado; la capa turquesa, hielo. En el cuarto, la barrena hace nacer partículas nuevas, blancas, de la nada — y la cuenta deja de cuadrar. El deslizador guía el experimento; los números bajo la escena se cuentan en calorías, como entonces.
El cañón que no se enfriaba
En el centro, la máquina de taladrar del arsenal. Los caballos dan vueltas; su malacate hace girar un cañón de bronce mediante una gran rueda y un piñón. El cañón está en una caja con agua y una barrena roma presiona su ánima. En lila, el trabajo mecánico: engranajes, eje, potencia de los caballos. En ámbar, el calor que nace en el punto de fricción: partículas suben desde la barrena a través del agua. En turquesa, el agua y su temperatura. A la derecha, una pantalla registra el calentamiento del agua y, debajo, la cuenta del calórico. Según la teoría, la reserva de calórico del cañón es finita. La barra muestra cuánto de esa reserva debería haberse ido ya. El tiempo va 120 veces más rápido: un segundo son dos minutos. Si no se toca nada durante 20 s, los experimentos arrancan solos.
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02 · Conversión
| {n} | {v} | {note} |
Hay varias calorías. La termoquímica vale exactamente 4,184 J; la internacional, 4,1868 J; la de 15 grados, 4,1855 J. La diferencia es de décimas de por ciento. En un trabajo preciso se indica el tipo de caloría — o, mejor, se escriben directamente julios.
Los gramos de hielo y de agua hirviendo eran las medidas de aquella época: así se veía el calor. Fundir un gramo de hielo cuesta 79,7 cal; evaporar un gramo de agua a 100 °C, unas 540 cal. El vapor quema más que el agua hirviendo precisamente por esas 540.
03 · Órdenes de magnitud
04 · Instrumentos de medida
05 · Reglas de escritura
06 · Unidades vecinas
El calórico desapareció, pero dejó herencia. Carnot dedujo el límite de las máquinas térmicas tomando el calórico como conservado — y la fórmula sigue siendo válida. Trabajo y calor resultaron ser una sola magnitud, y del cociente entre calor y temperatura nació la entropía.
07 · Sección histórica
La teoría del calórico no estropeó ni una sola medida: el calorímetro medía calor transferido, no una sustancia. Por eso las tablas de capacidades caloríficas de Lavoisier y Laplace sobrevivieron a la teoría. Solo se abandonó el supuesto de conservación; la medida — la caloría — se mantuvo.
La caloría se definía mediante el agua y tuvo varias versiones: a 15 °C, media de 0 a 100 °C, internacional. En 1948 la Conferencia General de Pesas y Medidas recomendó expresar el calor en julios. La caloría quedó en los envases de alimentos y en los manuales antiguos.
Catálogo de magnitudes
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Una gota de ácido cambia el color del jugo, la sal tiñe la llama, el agua se congela con un golpe. Debajo, todas las fichas de Simetrium, por disciplina y por orden alfabético.
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