Aprende fácil los conceptos y cálculos de calor con cambios de estado

1. Calor y Cambios de Estado
Ing. Gustavo Serna P.
Calor y Cambios
de Estado
Apuntes y Cálculos
Aula Digital
2013
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2. Calor y Cambios de Estado
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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3. Calor y Cambios de Estado
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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4. Calor y Cambios de Estado
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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5. Calor y Cambios de Estado
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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6. Calor y Cambios de Estado
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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7. Calor y Cambios de Estado
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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8. Calor y Cambios de Estado
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
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