Complementary theory for Physics I students during the semester of April-August 2017 (Yachay Tech, Ecuador)

1. G A S E S I D E A L E S
UNIDAD 7

2. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• En los estudios de calorimetría se analiza la
transferencia de calor entre subsistemas que componen
un sistema aislado.
• Sin embargo, una sustancia no puede absorber (o
ceder) una cantidad arbitraria de calor y seguir con
idénticas propiedades.
• En cierto instante sufrirá una transición de fase,
alterando su estado de agregación.

3. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• La interpretación cinética de la temperatura indica que
a mayor valor, la energía cinética (traslacional)
promedio de las partículas aumentará.
• En un sólido la interacción entre partículas es intensa y
está bien definida.
• Si el sólido recibe mucho calor la agitación térmica
romperá estas interacciones y la sustancia se convertirá
en un líquido. Este proceso se conoce como fusión.

4. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Aún las partículas en esta fase interaccionan entre sí,
mostrando fenómenos de viscosidad y dificultad de
compresión.
• Si la temperatura sigue aumentando se romperá
cualquier interacción entre partículas y la sustancia será
un gas. Este proceso se conoce como ebullición.
• Aumentar aún más la temperatura hace que los
electrones (cargas negativas) lleguen a salir del átomo,
conformando un ion. Este estado de la materia se
conoce como plasma.

5. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• De manera recíproca también se pueden comprender
los cambios de fase: de gas a líquido se tiene la
condensación y de líquido a sólido se tiene la
congelación.
• Hablamos de sublimación si desde el estado sólido se
pasa directamente al estado gaseoso.
• Pasar de estado gaseoso a sólido se conoce como
deposición.

6. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Dado un valor de presión constante una sustancia
puede coexistir en dos estados diferentes en equilibrio
a una determinada temperatura.
• Por ejemplo, a 0 ºC coexisten hielo y agua (si la presión
es 1 atm).
• Añadir calor a la mezcla no aumenta la temperatura.
• La energía entregada se invierte en fundir hielo.
• En el momento en que se derrita todo el hielo el calor
hará aumentar la temperatura, pero no antes.
• El proceso inverso también es cierto.

7. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• La energía calorífica entregada para cambiar de estado
de agregación se conoce como calor latente.
• Existen dos casos importantes: el de fusión, Lf, y el de
vaporización, Lv.
• Ambos valores no tienen por qué ser idénticos.
• El calor necesario para fundir (o vaporizar) una masa m
viene en función de los calores latentes:

8. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• En el Sistema Internacional el calor latente posee
unidades de J/kg.
• Es la energía necesaria a entregar (retirar) para que un
kilogramo de una sustancia cambie completamente de
fase.
• También existe el calor latente de sublimación, Ls.
• Para el agua se tiene que

9. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Es más fácil, energéticamente, derretir 1 kg de hielo que
vaporizar 1 kg de agua.

10. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Toda transición de fase que contemple la existencia de
un calor latente se denomina de primer orden.
• Bajo estas condiciones se puede diseñar un diagrama
de fases para determinar (a volumen constante) qué
fase posee una sustancia a determinada presión y
temperatura.
• Estos diagramas comprenden varias regiones: sólido,
líquido y gaseoso.
• Se observan curvas de equilibrio entre fases: fusión,
vaporización y sublimación.

11. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN

12. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Existen dos puntos de interés.
• El punto triple muestra la condición de presión y
temperatura en la que una sustancia posee a la vez sus
tres estados de agregación en perfecto equilibrio.
• Para el agua, su punto triple está a p = 610 Pa y T =
273,16 K.
• El punto crítico indica que a mayores temperaturas un
cambio de presión gradual no atraviesa ningún cambio
de fase, sino que las propiedades cambian
gradualmente de líquido a gas.

13. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Es decir, más allá del punto crítico Lv = 0 J/kg.
• En propiedad, se llama gas a la sustancia en estado
gaseoso cuando está más allá del punto crítico.
• Si está antes se denomina vapor.
• El punto crítico del agua se localiza a p = 221,2·105 Pa y
T = 647,4 K.
• Si en la fase sólida se pueden dar varios ordenamientos
existirán cambios de fase.
• Esto también puede ocurrir con mezclas. Su estudio
queda muy lejos del alcance de este curso.

14. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Como curiosidad, la escala Kelvin no necesita de dos
puntos de referencia como la Celsius o Fahrenheit, sino
uno.
• Dicho punto es el punto triple del agua, ya que su
temperatura y presión son conocidas.
• En un termómetro de gas la presión se correlaciona con
la temperatura, luego para la escala Kelvin

15. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• Es interesante saber que la pendiente de la curva de
fusión para el agua es negativa.
• Este comportamiento es muy extraño para las
sustancias puras, que poseen dicha pendiente positiva.

16. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN
• En el patinaje sobre hielo, las cuchillas aumentan la
presión del hielo de manera isotérmica, promoviendo la
fusión de este incluso por debajo de 0 ºC.
• El agua creada reducirá la fricción del patinador.
• Por otro lado, considerar que puede variar el volumen
hace que tengamos que trabajar con diagramas de fase
tridimensionales.

17. 7.5. CALOR LATENTE Y TRANSICIONES
DE FASE DE PRIMER ORDEN