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Calor, mezclas y cambios
de fase
Profesor: Robinson Pino H.
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OBJETIVOS
Al término de la unidad, usted deberá:
1. Establecer el equilibrio térmico de una
mezcla.
2. Reconocer las diferentes fases de la materia.
3. Aplicar los conceptos de calor específico y
calor latente a problemas.
4. Comprender los fenómenos del roce y el
calor.
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CALOR
CALOR: Es una manifestación de la energía
provocada por choques moleculares.
De un cuerpo que gana energía por este mecanismo de
choques moleculares se dice que absorbe calor; del que
pierde energía decimos que desprende calor.
Unidades para calor
S.I.: (Joule), C.G.S.: (Ergios). Pero suele expresarse en
Calorías, donde 1(cal) = 4.18 (joule).
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MATERIALES Y CALOR
•
•
CAPACIDAD CALÓRICA (C):
Es la relación entre el calor
absorbido o cedido (Q) por un
material y la variación de
temperatura (∆
∆T) que éste
experimenta.
CALOR ESPECÍFICO (c):
Es característico de cada
material y corresponde a su
capacidad calórica por unidad
de masa (m).
C=
Q
∆T
Q
c=
m·∆T
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2
La capacidad calórica de un cuerpo de 200 [g] de
masa que aumenta su temperatura en 40 [°C] cuando
le suministran 4.000 [cal] es:
a) 2.000
[cal g/°C]
b) 200 [cal/g]
c) 100 [cal/°C]
d) 83,68
[J/g]
e) 0,5 [cal/g°C]
C
Aplicación
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Si el calor específico del acero es 0,12 [cal/g°C], la
cantidad de calor necesaria para que 400[g] de acero
pasen de 20 [°C] a 100 [°C] es:
A) 3.840
B) 5.350
C) 4.520
D) 4.800
E) 5.350
[cal]
[cal]
[cal]
[cal]
[cal]
A
Aplicación
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3
EQUILIBRIO TÉRMICO
Al poner en contacto dos cuerpos de distinta temperatura,
se produce una transferencia de energía calórica, desde
la de mayor temperatura (cede energía) hacia la de menor
temperatura (absorbe energía). Finalmente, se produce el
equilibrio térmico, cuando ambos cuerpos se
encuentran a igual temperatura.
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PRINCIPIO CALORIMÉTRICO DE
LAS MEZCLAS
Al poner en contacto dos cuerpos a diferente
temperatura, se cumple que:
Q cedido
=
Q absorbido
m1 ⋅ c1 ⋅ (T1 − Teq ) = m 2 ⋅ c 2 ⋅ (Teq − T2 )
Principio de Regnault: El calor cedido por
los cuerpos de mayor temperatura es igual al
absorbido por los de menor temperatura,
hasta alcanzar el equilibrio térmico.
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Al combinar 200 [g] de agua a 20 [°C] con 300 [g]
de alcohol (c = 0,66 [cal/g°C]) a 50 [°C], se obtiene
una temperatura aproximada de la mezcla de
a) 15 [°C]
b) 35 [°C]
c) 45 [°C]
d) 60 [°C]
e) 75 [°C]
B
Aplicación
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FASES DE LA MATERIA
Sublimación
Fusión
Ebullición
Solidificación
Condensación
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Un trozo de naftalina “desaparece” en el interior de un
armario. El cambio de fase se denomina
a) fusión.
b) solidificación.
c) vaporización.
d) condensación.
e) sublimación.
E
Comprensión
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CALOR LATENTE (L)
Se denomina calor latente (L) a la cantidad
de calor (Q) por unidad de masa (m) que
se debe ceder o extraer a una sustancia en
su punto crítico, para que cambie
totalmente de fase.
Q
L =
m
Unidades para calor Latente
S.I.: (Joule/kilogramo),
pero suele expresarse en
(caloría/gramo)
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LEYES DEL CAMBIO DE FASE
Durante el cambio de fase la temperatura del
elemento permanece constante.
A una determinada presión, la temperatura a
la que se produce el cambio de fase (punto
crítico), tiene un valor bien determinado para
cada sustancia.
El calor aplicado a un elemento en el punto
crítico para cambiar su estado es el mismo
que para revertirlo.
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ROCE Y CALOR
Cada vez que frotamos dos
superficies entre sí se produce
fricción o roce entre ellos,
disipando calor. Esto se debe a
que interactúan entre sí los
electrones de cada una de
las superficies en contacto,
produciendo interacciones de
tipo electromagnético. La
energía así disipada se manifiesta
en calor.
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Un trozo de azufre, de masa 200 (g), se encuentra a
una temperatura de 119 (ºC). Si se le suministran
650 (cal), ¿qué masa de azufre se fundirá? (L=13
(cal/g)). El punto de fusión del azufre es 119 (ºC)
a) 25 (g)
b) 50 (g)
c) 60 (g)
d) 100 (g)
e) 200 (g)
B
Aplicación
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¿Qué cantidad de calor se debe suministrar a 100 g
de hielo a 0º para que se transformen en agua a 20º
C? (Lf = 80 cal/g)
a) 2.000 cal
b) 8.000 cal
c) 10.000 cal
d) 12.000 cal
e) 20.000 cal
C
Aplicación
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SÍNTESIS DE LA CLASE
Calor
Produce
Cambios de fase
Si se agrega calor
Si se extrae calor
Se puede lograr
Cambio de
temperatura
Fusión
Hasta lograr
Ebullición
Solidificación
Sublimación
Condensación
Se puede lograr
Equilibrio térmico
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