CALOR, MEZCLAS Y CAMBIOS DE FASE

12-11-2018 Prof. Nicol Villagra G. 1

OBJETIVOS

Al término de la unidad, usted deberá:

1. Establecer el equilibrio térmico de unamezcla.

2. Reconocer las diferentes fases de la materia.

3. Aplicar los conceptos de calor específico ycalor latente a problemas.

4. Comprender los fenómenos del roce y elcalor.

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CALOR

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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).

MATERIALES Y CALOR

• CALOR ESPECÍFICO (c): Es característico de cada material y corresponde a su capacidad calórica por unidad de masa (m).

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T

QC

=

Tm·

Qc

=

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.

EJERCICIO Nº 1

• 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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EJERCICIO Nº 2

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 [cal]

B) 5.350 [cal]

C) 4.520 [cal]

D) 4.800 [cal]

E) 5.350 [cal]

A Aplicación

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EQUILIBRIO TÉRMICO

Al poner en contacto dos cuerpos de distinta temperatura, seproduce una transferencia de energía calórica, desde la demayor temperatura (cede energía) hacia la de menortemperatura (absorbe energía). Finalmente, se produce elequilibrio térmico, cuando ambos cuerpos se encuentran aigual temperatura.

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PRINCIPIO CALORIMÉTRICO DE LAS MEZCLAS

Al poner en contacto dos cuerpos a diferentetemperatura, se cumple que:

Principio de Regnault: El calor cedido por loscuerpos de mayor temperatura es igual alabsorbido por los de menor temperatura, hastaalcanzar el equilibrio térmico.

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( ) ( )2eq22eq111

absorbidocedido

TTcmTTcm

QQ

−=−

=

EJERCICIO Nº 3

• Al combinar 200 [g] de agua a 20 [°C] con 300 [g] dealcohol (c = 0,66 [cal/g°C]) a 50 [°C], se obtiene unatemperatura 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

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Fusión Ebullición

CondensaciónSolidificación

Sublimación

EJERCICIO Nº 4

• Un trozo de naftalina “desaparece” en el interior de unarmario. 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 decalor (Q) por unidad de masa (m) que se debeceder o extraer a una sustancia en su puntocrítico, para que cambie totalmente de fase.

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m

QL =

Unidades para calor Latente

S.I.: (Joule/kilogramo),

pero suele expresarse en

(caloría/gramo)

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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EJERCICIO Nº 5

Un trozo de azufre, de masa 200 (g), se encuentra a unatemperatura de 119 (ºC). Si se le suministran 650 (cal),¿qué masa de azufre se fundirá? (L=13 (cal/g)). El puntode 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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EJERCICIO Nº 6

• ¿Qué cantidad de calor se debe suministrar a 100 g dehielo 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

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Calor

Produce

Cambio de

temperatura

Equilibrio térmico

Hasta lograr

CondensaciónSublimación

SolidificaciónEbullición

Cambios de fase

Si se agrega calor

Fusión

Si se extrae calor

Se puede lograr

Se puede lograr

¿QUÉ APRENDÍ?

• A establecer el equilibrio térmico de unamezcla.

• A reconocer las diferentes fases de lamateria.

• A aplicar los conceptos de calor específico ycalor latente a problemas.

• A comprender el roce y el calor.

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