Cómo calcular el calor latente necesario para provocar un cambio de fase

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Por Steven Holzner

En física, el calor latente es el calor por kilogramo que hay que añadir o quitar para que un objeto cambie de estado; en otras palabras, el calor latente es el calor necesario para que se produzca un cambio de fase. Sus unidades son julios por kilogramo (J/kg) en el sistema MKS (metro-kilogramo-segundo).

Los físicos reconocen tres tipos de calor latente, correspondientes a los cambios de fase entre sólido, líquido y gas:

  • El calor latente de fusión, Lf. es el calor por kilogramo necesario para hacer el cambio entre las fases sólida y líquida, como cuando el agua se convierte en hielo o el hielo en agua.
  • El calor latente de vaporización, Lv. es el calor por kilogramo necesario para hacer el cambio entre las fases líquida y gaseosa, como cuando el agua hierve o cuando el vapor se condensa en agua.
  • El calor latente de la sublimación, Ls. Es el calor por kilogramo necesario para realizar el cambio entre la fase sólida y la fase gaseosa, como cuando el hielo seco se evapora.

Esta es la fórmula para la transferencia de calor durante los cambios de fase, donde

m es la masa, y L es el calor latente:

Aquí, L ocupa el lugar de la

y c (calor específico) en la fórmula de cambio de temperatura.

Suponga que está en un restaurante con un vaso de 100,0 gramos de agua a temperatura ambiente, 25 grados centígrados, pero preferiría agua helada a 0 grados centígrados. ¿Cuánto hielo necesitarías? Puede encontrar la respuesta utilizando las fórmulas de calor tanto para el cambio de temperatura como para el cambio de fase.

Usted saca su portapapeles, razonando que el calor absorbido por el hielo que se derrite debe ser igual al calor perdido por el agua que desea enfriar. Aquí está el calor perdido por el agua que estás enfriando:

T es la temperatura final, y T0 es la temperatura inicial.

Conectar los números le dice cuánto calor necesita el agua para perder:

Entonces, ¿cuánto hielo se derretiría esa cantidad de calor? Es decir, ¿cuánto hielo a 0 grados centígrados necesitaría agregar para enfriar el agua a 0 grados centígrados? Esa sería la siguiente cantidad, donde Lf es el calor latente de fusión para el hielo:

Sabes que esto tiene que ser igual al calor perdido por el agua, así que puedes ponerlo igual y opuesto a

En otras palabras,

“Perdóname”, le dices al camarero. “Por favor, tráigame exactamente 31,0 gramos de hielo a exactamente 0 grados centígrados”.

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