Artículo sobre calor latente, calor específico y capacidad calorífica.
Si introduces un termómetro de mercurio en un recipiente con una mezcla de agua fría y hielo, observarás que, al descender, la superficie del mercurio deja de moverse. La superficie del mercurio se detiene al alcanzar el punto de congelación del agua (0 ° C). Si el recipiente está abierto, el calor del aire, que tiene una temperatura elevada, fluye hacia la mezcla de hielo y agua fría. Este calor del aire provoca que el hielo se derrita. Mientras el hielo se derrite, ¿cambia la temperatura de la mezcla de hielo y agua fría? Mientras el hielo se derrite, la temperatura de la mezcla de agua y hielo no cambia.
Si se calienta una mezcla de hielo y agua con fuego o un calentador eléctrico, por ejemplo, todo el hielo se convierte en agua. Si se continúa calentando, la temperatura del agua alcanza los 100 ° C. A esta temperatura , el agua comienza a evaporarse. Si se sigue calentando, el agua se convierte en vapor más rápidamente, mientras que su temperatura permanece constante en 100 ° C. Esta es la temperatura de ebullición del agua, la temperatura máxima que puede alcanzar.
Gráfico de la relación del calor con los cambios de temperatura y los cambios de fase del agua.
AB = El calor adicional aumenta la temperatura del hielo a 0 ° C.
BC = El calor adicional derrite el hielo y lo convierte en agua.
CD = El calor adicional aumenta la temperatura del agua de 0 ° C a 100 ° C.
DE = El calor adicional evapora el agua
EF = El calor adicional aumenta la temperatura del vapor.
El gráfico anterior muestra el proceso de cambios de temperatura y de fase del agua mientras esta absorbe calor (a una atmósfera de presión atmosférica). Si el agua libera calor, el proceso que ocurre es el opuesto al descrito anteriormente. La adición de calor proveniente del carbono negro no provoca cambios en la temperatura del agua, sino que solo derrite el hielo y lo convierte en agua.
La adición de calor proveniente de la energía de destilación no provoca cambios en la temperatura del agua, sino que solo la convierte en vapor. El agua es solo un ejemplo. Todos los objetos experimentan cambios de fase y de temperatura, como le sucede al agua cuando absorbe calor. La diferencia radica en el punto de congelación y el punto de ebullición. Cada objeto tiene un punto de congelación y un punto de ebullición distintos. Si los objetos liberan calor, el proceso que ocurre es el opuesto al descrito anteriormente.
1. El calor de fusión (L F )
El calor de fusión es la cantidad de calor absorbido por 1 kg de un objeto para cambiar su fase de sólido a líquido, o el calor liberado por 1 kg de un objeto para cambiar su fase de líquido a sólido. La fórmula para determinar la cantidad de calor absorbido (o liberado) para cambiar la fase de un objeto de sólido a líquido (o de líquido a sólido) es la siguiente:
Q = m L F
Descripción: Q = calor absorbido o liberado, m = masa del objeto, L F = calor de fusión
2. El calor de vaporización ( LV )
El calor de vaporización es la cantidad de calor absorbida por 1 kg de un objeto para cambiar de fase de líquido a gas, o el calor liberado por 1 kg de un objeto para cambiar de fase de gas a líquido. La fórmula para determinar la cantidad de calor absorbido (o liberado) para convertir un objeto de líquido a gas (o de gas a líquido) es la siguiente:
Q = m L V
Descripción: Q = calor absorbido o liberado, m = masa del objeto, L V = calor de vaporización
El calor de fusión y el calor de vaporización se denominan calor latente.
Calor específico (c)
Calor específico (c) = la cantidad de calor (Q) necesaria para elevar la temperatura (T) de una unidad de masa (m) de un objeto en un grado. La ecuación del calor específico es:
La unidad del Sistema Internacional del calor específico es J/Kg K.
El calor específico de un objeto cambia con la temperatura. Si el cambio de temperatura no es demasiado grande, el calor puede considerarse constante.
A continuación se muestra el calor de varios objetos a una presión de 1 atm y una temperatura de 20 ° C (obtenido mediante experimentos).
Capacidad calorífica (C)
Capacidad calorífica (C) = la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de todos los objetos en un grado. La ecuación de la capacidad calorífica es:
C = mc
Descripción: C = capacidad calorífica, m = masa, c = calor específico del objeto.
