Fisica

Calorimetría y cambios de fase:
Calorimetría significa “medición del calor. Hemos hablado de la transferencia de
energía (calor) durante los cambios de temperatura. el calor interviene también en los
cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua. Una vez que
entendamos otras relaciones de calor, podremos analizar diversos problemas sobre
cantidades de calor.
Cambio defase:
Usamos el término fase para describir un estado específico de la materia, como
solido, líquido o gas. El compuesto

existe en la fase solida como hielo, en la fase

liquida como agua y en la fase gaseosa como vapor de agua.. Una transición de una fase a
otra es un cambio de fase. Para una presión dada, los cambios de fase ocurren a una
temperatura definida, usualmente acompañada porabsorción o emisión de calor y un
cambio de volumen y de densidad.
Un ejemplo conocido de cambio de fase es la fusión del hielo. Si agregamos calor al
hielo a 0ºC y presión atmosférica normal, la temperatura del hielo no aumenta, si no que
parte de el se funde para formar agua liquida. Si agregamos el calor lentamente,
manteniendo el sistema cerca del equilibrio térmico, la temperatura seguiráen 0ºC hasta
que todo el hielo se haya fundido. El efecto al agregar calor a este sistema no es elevar su
temperatura sino cambiar su fase de solido a liquido.
Para convertir 1kg de hielo a 0ºC en un kg de agua liquida a 0ºC y presión
atmosférica normal necesitamos 3,34

J/kg de calor. El calor requerido por unidad

de masa es el calor de fusión (o calor latente de fusión) , denotado por.Para el agua

a presión atmosférica normal , el calor de fusión es :
J/kg = 79,6 cal/gr = 143 Btu/lb
En términos más generales, para fundir una masa “m” de material con calor de
fusión

se requiere una cantidad de calor dada por:

Este proceso es reversible. Para congelar agua liquida a 0ºC tenemos que quitar
calor, la magnitud es la misma, pero ahora Q es negativo porque se quitacalor en lugar de
agregarse. A fin de cubrir ambas posibilidades e incluir otros tipos de cambios de fase,
escribimos:
(Transferencia de calor de un cambio de fase)
Usamos el sigo más (entra calor) cuando el material se funde, el signo menos (sale
calor) cuando se congela. El calor de fusión es diferente para diferentes materiales y
también varía un poco con la presión.
Para un material dadoa una presión dada, la temperatura de congelación es la
misma que la de fusión. A esta temperatura única las fases liquida y solida (agua liquida y
hielo, por ejemplo) pueden coexistir en una condición llamada “equilibrio de fases”
Podemos repetir la historia para la ebullición o vaporación, una transición de fase
entre liquido y gas. El calor correspondiente (por unidad de masa) se llamacalor de
vaporización

. A presión atmosférica normal, el calor de vaporización del agua es :

Es decir necesitamos

para convertir un kg de agua a 100ºC n

1kg de vapor a 100ºC . En contraste para elevar la temperatura de 1kg de agua a 0ºC a
100ºC se requieren

=1kg x 4190J/kg x 100ºC = 419000 J, menos de 1/5 del

necesario para la vaporización a 100ºC. Esto concuerda con nuestrasexperiencias en la
cocina; una olla con agua puede alcanzar la temperatura de ebullición en unos minutos,
pero tardea mucho más en evaporarse por completo.
Al igual que la fusión, la ebullición es una transición reversible. si quitamos calor a
un gas a la temperatura de ebullición , el gas vuelve a la fase liquida , o se condensada,
cediendo a su entorno la misma cantidad de calor ( calor devaporización) que se necesita
para vaporizarlo. A una presión dada, las temperaturas de ebullición y condensación
siempre son iguales; en ellas, las fases liquida y gaseosa pueden coexistir en equilibrio de
fases.
Tanto

como o la temperatura de ebullición de un material depende de la

presión. El agua hierve a menor temperatura (cerca de 90ºC) en Calama que en viña del
mar, porque Calama...