Calor y Cambios de Estado

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2013

Calor y Cambios

de Estado Apuntes y Cálculos

Aula Digital

Ing. Gustavo Serna P.

Calor y Cambios de Estado

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CALOR Y CAMBIOS DE ESTADO Este documento incluye apuntes básicos acerca del calor y los cambios de estado y luego

ejemplos detallados de cómo realizar cálculos.

APUNTES Para que una sustancia cambie de estado requiere suministro de calor, durante este cambio de

estado la temperatura permanece constante hasta cuando todo el material cambia de estado. Si la

sustancia cambia de estado sólido a líquido absorbe calor durante el cambio de estado, lo mismo

sucede si el cambio de estado es de líquido a gaseoso; la cantidad de calor necesario para este

cambio se puede calcular mediante la ecuación:

Q = L·m

Esta ecuación incluye m (masa) y L denominado calor latente el cual puede ser de fusión o de

vaporización según sea el caso.

Para mayor claridad hagamos el seguimiento del proceso de un cubo de hielo que se transforma

en vapor de agua

Cambio de Estado de un Cubo de Hielo a Vapor de Agua

Paso 1 Aumentar su temperatura hasta 0°C

Para aumentar la temperatura hasta 0°C es necesario suministrarle calor el cual se puede calcular

a partir de la ecuación

Q = mc (Tf - T0)

Donde

Q es cantidad de calor en cal

m es la masa en g

C es calor específico cal/ (g°C)

Tf es la temperatura inicial °C

T0 es la temperatura final °C

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Nota Las unidades cambian de acuerdo con las unidades de c

Paso 2 Cambio de Solido a Liquido

Aquí todo el calor se utiliza en el cambio de estado sin aumentar su temperatura esta cantidad de

calor se calcula con:

Q = Lf·m

Donde

Lf es calor latente de fusión del agua =80 cal/g

m es la masa del líquido en g

Q la cantidad de calor en cal

Nota Las unidades cambian de acuerdo con las unidades de Lf

Paso 3 Aumentar la temperatura hasta 100°C

Una vez que el hielo se transformó en liquido entonces es necesario aumentar la temperatura

hasta 100°C para lo cual puedo calcular el calor con la formula

Q = mc (Tf - T0)

Donde

Q es cantidad de calor en cal

m es la masa en g

C es calor específico cal/ (g°C)

Tf es la temperatura inicial °C

T0 es la temperatura final °C

Nota Las unidades cambian de acuerdo con las unidades de c

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Paso 4 Cambio de estado de líquido a vapor

Para que esto ocurra de se requiere calor el cual se calcula a partir de

Q = Lv·m

Donde

Lv es calor latente de vaporización del agua =540 cal/g

m es la masa del líquido en g

Q la cantidad de calor en cal

Nota Las unidades cambian de acuerdo con las unidades de Lv

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Calcular la cantidad de calor necesaria para fundir 250 gramos de hielo

Datos

Lf= 80 cal/g

m=250g

Solución

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Q=20000cal

Ejemplo 2

Calcular la cantidad de calor necesaria para transformar 250 gramos de hielo que se encuentran a

-20°C en vapor de agua

Solución

Resolveremos el ejercicio en 4 pasos de acuerdo con lo expuesto anteriormente

Paso 1 Aumentar su temperatura hasta 0°C

Q = mc (Tf - T0)

Donde

Q es cantidad de calor en cal

m es la masa en g = 250g

C es calor específico cal/ (g°C) =1 cal/ (g°C)

Tf es la temperatura inicial °C = -20°C

T0 es la temperatura final °C = 0°C

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Q=5000cal

Paso 2 Cambio de Solido a Liquido

Q = Lf·m

Donde

Lf es calor latente de fusión del agua =80 cal/g

m es la masa del líquido en g =250g

Q la cantidad de calor en cal

Q=20000cal

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Paso 3 Aumentar la temperatura hasta 100°C

Una vez que el hielo se transformó en liquido entonces es necesario aumentar la temperatura

hasta 100°C para lo cual puedo calcular el calor con la formula

Q = mc (Tf - T0)

Donde

Q es cantidad de calor en cal

m es la masa en g =250g

C es calor específico cal/ (g°C) =1 cal/ (g°C)

Tf es la temperatura final °C =-100°C

T0 es la temperatura inicial °C = 0°C

Q=25000cal

Paso 4 Cambio de estado de líquido a vapor

Para que esto ocurra de se requiere calor el cual se calcula a partir de

Q = Lv·m

Donde

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Lv es calor latente de vaporización del agua =540 cal/g

m es la masa del líquido en g =250g

Q la cantidad de calor en cal

Q=135000cal

Paso 5

El calor total será la suma de los calores de cada paso

Q Total=5000cal+20000cal+25000cal+135000cal=185000cal