Cuando un cuerpo que está a una determinada temperatura se halla en contacto (no hace falta que sea contacto físico directo) con otro cuerpo que está a otra temperatura se produce una transferencia de calor del más caliente al más frío.

La cantidad de calor que un cuerpo puede absorber o ceder a otro u otros depende de tres factores: la masa del cuerpo, la diferencia de temperatura entre ese cuerpo y los demás cuerpos con que está en contacto y la naturaleza del cuerpo en cuestión.

Cuando un cuerpo de masa m se calienta o se enfría, pasando de una temperatura t ₁ a otra t ₂, la cantidad de calor que absorbe o cede es:

Q = c^.m^.(t₂ - t₁)

El coeficiente de proporcionalidad, c, que aparece en esta igualdad se denomina calor específico, y su valor depende de la naturaleza de la sustancia. Así, por ejemplo, un litro de agua y un litro de aceite no alcanzan la misma temperatura final cuando se les suministra la misma cantidad de calor.

De acuerdo con la expresión que hemos escrito, el calor específico de una sustancia puede definirse como la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de una masa unitaria de esa sustancia.

En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico debe expresarse en J·kg^-1·K^-1, pero en la práctica es frecuente expresarlo en cal·g^-1·°C^-1.

Para los gases es muy importante distinguir entre el calor específico a presión constante (c _P) y el calor específico a volumen constante (c _V). Estas dos constantes son distintas, aunque existe, si se acepta un hipotético comportamiento ideal del gas, una relación aproximada entre sus valores.

La caloría (símbolo, cal) se definió como la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de agua para que su temperatura se eleve un grado centígrado (más concretamente, se eleve de 14,5 °C a 15,5 °C, ya que el calor específico varía algo con la temperatura). De acuerdo con esta definición, si medimos el calor en calorías, el calor específico del agua (a 14,5 °C) será la unidad. Como veremos, hoy la definición "oficial" de caloría ha cambiado formalmente.

A menudo se utiliza asimismo un múltiplo de esta unidad: la kilocaloria (símbolo, kcal), equivalente a mil calorías.

El calor fluye siempre del cuerpo que se encuentra a mayor temperatura al que se encuentra a menor temperatura, por lo tanto, un cuerpo que se halle en contacto (no hace falta que sea contacto físico directo) con otro más frío cederá calor a éste hasta que ambos estén a la misma temperatura.

El proceso se da en general entre todos los cuerpos presentes en un determinado espacio, ya que inicialmente todos ellos están a distinta temperatura y, por lo tanto, los más calientes ceden calor y los más fríos lo absorben. Al final, si no se introducen cambios desde el exterior, todos los cuerpos presentes en ese espacio tendrán la misma temperatura, es decir, se habrá alcanzado el equilibrio térmico.

Si nos limitamos al caso de dos cuerpos, uno de los cuales cede calor al otro, es fácil analizar matemáticamente el intercambio. Suponemos un cuerpo de masa m ₁ y calor específico c ₁ que se encuentra a una temperatura t ₁ y se pone en contacto con un cuerpo de masa m ₂ y calor específico c ₂ que está a una temperatura t ₂, que, para fijar ideas, suponemos menor que t ₁. Nos planteamos hallar la temperatura final t a que se hallarán ambos cuerpos.

Igualamos el calor cedido por el cuerpo inicialmente más caliente con el calor absorbido por el cuerpo inicialmente más frío:

c₁ ^.m₁ ^.(t₁ - t) = c₂ ^.m₂ ^.(t - t₂)

Y resolviendo se llega a:

Para determinar el calor específico de una sustancia debe usarse un calorímetro. Los calorímetros son aparatos que permiten medir la cantidad de calor absorbida o cedida por un cuerpo. Básicamente, pueden ser de tres tipos: de mezclas, de cambios de estado y eléctricos.

En esencia, el calorímetro más común está constituido por una vasija totalmente aislada del exterior y llena de agua, en la que se introduce la sustancia cuyo calor específico se investiga. El aparato va provisto de un termómetro y de un agitador para asegurar una buena mezcla. Lo que se mide es la temperatura del agua una vez alcanzado el equilibrio térmico. Hay que tener en cuenta que una parte del calor cedido por la sustancia no ha servido para calentar el agua, sino el agitador, el termómetro y la propia vasija, de manera que es preciso que el aparato esté perfectamente calibrado para asegurar un uso fiable.

El calor es una forma de energía en tránsito. Un sistema cualquiera tiene una energía interna que puede incrementar absorbiendo calor o disminuir cediéndolo. El calor puede transformarse en energía mecánica y la energía mecánica transformarse en calor.

Para conocerla equivalencia mecánica del calor, Joule llevó a cabo un experimento en el que, al descender un peso, giraban unas paletas en el interior de una vasija llena de agua, la cual se calentaba por frotamiento, midiéndose la elevación de su temperatura. Tras calibrar su calorímetro, Joule pudo conocer en cuánto se elevaba la temperatura de un gramo de agua por cada unidad de trabajo desarrollado, es decir, la relación entre la caloría y el julio. Tras repetidas mediciones, esta relación está hoy establecida en:

1 cal = 4,185 J

1 J = 0,239 cal

Actualmente, las unidades que no pertenecen al Sistema Internacional se definen a partir de unidades de este sistema, de ahí que se haya redefinido la caloría a partir de su equivalente mecánico, es decir, por definición, 1 cal = 4,185 J.

Cuando un cuerpo experimenta un cambio de estado absorbe o cede calor sin que su temperatura cambie; ese calor absorbido o cedido es el calor del cambio de estado correspondiente. Por ejemplo, cuando un trozo de hielo se funde, absorbe calor, pero su temperatura se mantiene a 0 °C; ese calor permite a las moléculas de agua ganar la energía cinética que precisan para pasar del estado sólido al estado líquido, y se denomina calor de fusión o calor latente de fusión del hielo. Cuando el agua líquida pasa a hielo, el calor, en este caso cedido, es el calor de solidificación. El calor de fusión y el de solidificación son iguales.