Cambios de estado
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En las
curvas de calentamiento de un cuerpo nos parecía que su
aumento de
temperatura era proporcional a la energía absorbida. Sin
embargo,
hay casos en los que esta regla se rompe. Particularmente
cuando el
cuerpo está cambiando de estado de agregación. Todos sabemos
que la
materia se nos presenta fundamentalmente en tres estados
posibles:
sólido, líquido y gaseoso. Cada uno de esos estados se debe a
la existencia
de diferentes energías de unión entre las moléculas de un
cuerpo.
Cuando el cuerpo cambia de estado estamos alterando esta
forma de
energía interna en lugar de aumentar la temperatura.
¿Cómo se
traduce este
fenómeno en la curva de calentamiento de un cuerpo? Para
estudiarlo
observaremos el caso de un bloque de hielo de 100 g de masa
que calentamos
progresivamente hasta convertirlo en vapor de agua. |
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| Calor latente de cambio de estado |
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| Durante la transición de un estado físico a
otro, el calor, la energía absorbida por un cuerpo no se emplea en
aumentar la agitación (medida por la temperatura) de sus moléculas, sino
en romper los enlaces entre ellas. Continúa aumentando la energía
térmica del cuerpo, pero no su temperatura. Ahora bien ¿cuánta energía hace falta para que se produzca este cambio de estado? |
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| Para responder a este interrrogante se define una nueva magnitud denominada calor latente de cambio de estado. |
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| El calor latente de cambio de estado, L, es la cantidad de energía térmica que se transfiere a una unidad de masa de sustancia pura para cambiarla de estado, a una presión determinada y a la temperatura de cambio de estado. | ||
| En el laboratorio es corriente medirla en cal/g , pero su valor en el Sistema Internacional se mide en J/kg. No debemos olvidar la equivalencia: 1 cal/g = 4180 J/kg | ||
| • En el caso de la fusión: Q = m · Lf |
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| En esta expresión, Lf, es el calor latente defusión, que es igual al de solidificación. La diferencia reside en que para fundir un material le comunicamos energía, mientras que, cuando se solidifica, se desprende energía en forma de calor. Y m es la masa que cambia de estado. |
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• En el caso de la vaporización: Q = m · Lv |
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| En esta expresión, Lv, es el calor latente de vaporización, que es igual al de condensación o licuación. La diferencia estriba en que para vaporizar el material hay que comunicarle energía, mientras que, al condensarse o licuarse, se desprende energía. | ||
| En la siguiente escena mediremos el calor latente de fusión y de ebullición del agua, calentando un bloque de hielo con un hornillo eléctrico de potencia conocida. |