TEMA 1.4. CANTIDAD DE CALOR. Subtema 1.4.1. Calor sensible.
Subtema 1.4.2. Calor latente.
Diapositiva 2
Cuando una sustancia se funde o se evapora absorbe cierta
cantidad de calor llamada calor latente, este trmino significa
oculto, pues existe aunque no se incremente su temperatura ya que
mientras dure la fusin o la evaporacin de la sustancia no se
registrar variacin de la misma. En tanto el calor sensible es aquel
que al suministrarle a una sustancia eleva su temperatura.
Diapositiva 3
Calor latente de fusin. Para que un slido pase al estado lquido
debe absorber la energa necesaria a fin de destruir las uniones
entre sus molculas. Por lo tanto mientras dura la fusin no aumenta
la temperatura. Por ejemplo para fundir el hielo o congelar el agua
sin cambio en la temperatura, se requiere un intercambio de 80
caloras por gramo.
Diapositiva 4
El calor requerido para este cambio en el estado fsico del agua
sin que exista variacin en la temperatura, recibe el nombre de
calor latente de fusin o simplemente calor de fusin del agua. Esto
significa que si sacamos de un congelador cuya temperatura es de -6
C un pedazo de hielo de masa igual a 100 gramos y lo ponemos a la
intemperie, el calor existente en el ambiente elevar la temperatura
del hielo, y al llegar a 0 C y seguir recibiendo calor se comenzar
a fundir.
Diapositiva 5
A partir de ese momento todo el calor recibido servir para que
la masa de hielo se transforme en agua lquida. Como requiere de 80
caloras por cada gramo, necesitar recibir 8000 caloras del ambiente
para fundirse completamente. Cuando esto suceda, el agua se
encontrar an a 0 C y su temperatura se incrementar slo si se
contina recibiendo calor, hasta igualar su temperatura con el
ambiente.
Diapositiva 6
El calor de fusin es una propiedad caracterstica de cada
sustancia, pues segn el material de que est hecho el slido requerir
cierta cantidad de calor para fundirse. Por definicin: el calor
latente de fusin de una sustancia es la cantidad de calor que
requiera sta para cambiar 1 gramo de slido a 1 gramo de lquido sin
variar su temperatura.
Diapositiva 7
f =Q Q = m f m Donde f = calor latente de fusin en cal/gramo. Q
= calor suministrado en caloras. m= masa de la sustancia en
gramos.
Diapositiva 8
Como lo contrario de la fusin es la solidificacin o congelacin,
la cantidad de calor requerida por una sustancia para fundirse, es
la misma que cede cuando se solidifica. Por lo tanto, con respecto
a una sustancia el calor latente de fusin es igual al calor latente
de solidificacin o congelacin. En el cuadro siguiente se dan
algunos valores del calor latente de fusin para diferentes
sustancias.
Diapositiva 9
Calor latente de fusin a una atmsfera de presin. Sustancia f en
cal/gr. Agua80 Hierro6 Cobre42 Plata21 Platino27 Oro16 Mercurio2.8
Plomo5.9
Diapositiva 10
Resolucin de un problema de calor latente de fusin. Calcular la
cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gramos de hielo
a 15C en agua a 0C. Solucin: para que el hielo eleve su temperatura
de 15 C hasta el punto de fusin a 0 C, se necesita una cantidad de
calor que se calcula con la ecuacin Q = m Ce T. Q 1 = 100 g x 0.50
cal/gC x 15 C = 750 caloras.
Diapositiva 11
Para que el hielo se funda y se tenga agua a 0 C, se aplica la
ecuacin Q = m f y el calor latente de fusin se lee en el cuadro
anterior, de donde: Q 2 = 100 gr x 80 cal/gr = 8000 cal As, el
calor total requerido es: Q 1 + Q 2 = 750 cal + 8000 cal = 8750
caloras.
Diapositiva 12
Calor latente de vaporizacin. A una presin determinada todo
lquido calentado hierve a una temperatura fija que constituye su
punto de ebullicin. Este se mantiene constante independientemente
del calor suministrado al lquido, pues si se le aplica mayor
cantidad de calor, habr mayor desprendimiento de burbujas sin
cambio en la temperatura del mismo.
Diapositiva 13
Cuando se produce la ebullicin se forman abundantes burbujas en
el seno del lquido, las cuales suben a la superficie desprendiendo
vapor. Si se contina calentando un lquido en ebullicin, la
temperatura ya no sube, esto provoca la disminucin de la cantidad
del lquido y aumenta la de vapor. Al medir la temperatura del
lquido en ebullicin y la del vapor se observa que ambos estados
tienen la misma temperatura, es decir coexisten en equilibrio
termodinmico.
Diapositiva 14
A presin normal ( 1 atm = 760 mm de Hg), el agua ebulle y el
vapor se condensa a 100 C, a esta temperatura se le da el nombre de
punto de ebullicin del agua. Si se desea que el agua pase de lquido
a vapor o viceversa sin variar su temperatura, necesita un
intercambio de 540 caloras por cada gramo. Esta calor necesario
para cambiar de estado sin variar de temperatura se llama calor
latente de vaporizacin del agua o simplemente calor de
vaporizacin,
Diapositiva 15
Por definicin el calor latente de vaporizacin de una sustancia
es la cantidad de calor que requiere para cambiar 1 gramo de lquido
en ebullicin a 1 gramo de vapor, manteniendo constante su
temperatura. v = QQ = m v m Donde v = calor latente de vaporizacin
en cal/g Q = calor suministrado en caloras m= masa de la sustancia
en gramos.
Diapositiva 16
Como lo contrario de la evaporacin es la condensacin, la
cantidad de calor requerida por una sustancia para evaporarse es
igual a la que cede cuando se condensa, por lo tanto, en ambos el
calor latente de condensacin es igual al calor latente de
vaporizacin para dicha sustancia. En el cuadro siguiente se dan
valores del calor latente de vaporizacin de algunas
sustancias.
Diapositiva 17
Calor latente de vaporizacin de algunas sustancias a 1 atm.
Sustancia v en cal/gr Agua540 Nitrgeno48 Helio6 Aire51 Mercurio65
Alcohol etlico204 Bromo44
Diapositiva 18
Resolucin de un problema de calor latente de vaporizacin.
Calcular la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100
gramos de hielo a -10 C en vapor a 130 C. Solucin: Para que el
hielo eleve su temperatura de - 10 C hasta el punto de fusin a 0 C
necesita una cantidad de calor igual a: Q 1 = m CeT = 100 g x 0.50
cal/g C x 10 C = 500 cal. Para calcular el calor que se requiere
para que el hielo se funda y se tenga agua a 0C, se aplica la
ecuacin Q = m f. Q 2 = 100 g x 80 cal/g = 8000 cal.
Diapositiva 19
El calor que requiere el agua a fin de elevar su temperatura de
0 C hasta el punto de ebullicin de 100 C, se calcula con la ecuacin
Q = m CeT Q 3 = 100 g x 1 cal/gC x 100 C = 10000 caloras. En el
clculo del calor necesario para vaporizar el agua a 100 C se
utiliza la ecuacin: Q = m v Q 4 = 100 gr x 540 cal/g = 54 000
cal.
Diapositiva 20
El calor que se necesita para calentar el vapor desde 100 C
hasta 130 C, se calcula mediante la ecuacin: Q = m CeT. Q 5 = 100
gr x 0.48 cal/gC x 30 C = 1440 caloras. El calor total que se
requiere para el cambio de 100 gramos de hielo a 10 C en vapor a
130 C se encuentran sumando todos los calores. Q T = Q 1 + Q 2 + Q
3 + Q 4 + Q 5 = Q T = 500 cal + 8000 cal + 10000 cal + 54000 cal +
1440 cal = 73940 cal.