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CALOR LATENTE DE FUSION DEL HIELO

¿Qué Es?
El calor latente de una sustancia se define como la energía calorífica necesaria para que cierta masa de esa sustancia cambie de estado. Si la sustancia se encuentra inicialmente en estado sólido y pasa a líquido, se hablaría de calor latente de fusión (Lf), en el caso de pasar de líquido a gas se trataría de calor latente devaporización, y para la transición de sólido a gas se tendría el calor latente de sublimación.

El cambio de estado de una sustancia no supone ningún cambio de temperatura. Por ejemplo, a presión atmosférica, se puede calentar agua líquida hasta los 100ºC. Una vez alcanzada esta temperatura, si se sigue suministrando calor éste será invertido en el cambio de estado de la sustancia, queocurrirá a temperatura constante. En otras palabras, se pasará de agua líquida a 100ºC a vapor de agua a 100ºC
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Como puede deducirse fácilmente de la definición, las dimensiones del calor latente de una sustancia son:



Las unidades en el numerador son normalmente julios o calorías. La equivalencia entre ambas es 1cal = 4.18J
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Para un caso concreto de cambio de estado (fusión),el flujo de calor (Qf) que debe recibir una cierta masa (M) de una sustancia para cambiar de estado (pasar de sólido a líquido) se calcularía como:



Si se quisiera determinar el calor latente de fusión del hielo utilizando el método de las mezclas, sería necesario mezclarlo con una sustancia caliente de calor específico conocido.

El calor específico (c) de una sustancia se definecomo la energía calorífica necesaria para que una cierta masa de esa sustancia eleve su temperatura en un cierto incremento de temperatura.
Así pues, las dimensiones de esta magnitud son




Las unidades en el numerador son normalmente julios o calorías. La equivalencia entre ambas es 1cal = 4.18J. Las unidades de incremento de temperatura pueden ser, indistintamente, °C o °K, ya queun aumento de temperatura de 1ºC equivale a un aumento de temperatura de 1°K.

El flujo de calor que debe recibir una cierta masa de un fluido para aumentar su temperatura en un cierto incremento de T se calcularía según la siguiente ecuación:

Q = M* C *∆T

Dónde:
Q es el flujo de calor
M es la masa de sustancia
∆T es el incremento de temperatura que sufre esa sustancia

Lamisma ecuación se utilizaría para calcular el flujo de calor desprendido por una cierta masa de una sustancia que se enfría.


Determinación del calor latente de fusión del hielo.

Para determinar el calor latente de fusión del hielo, L, se utiliza el método de las mezclas que consiste en mezclar en un calorímetro cierta cantidad de hielo con otra cantidad de agua y medir la temperatura deequilibrio de la mezcla. De esta forma el calor ganado por el hielo será igual al calor perdido por el agua.


Determinación del equivalente en agua del calorímetro.

Es la masa de agua capaz de absorber la misma cantidad de calor que el calorímetro para una misma elevación de temperatura.
Para calcularlo, se vierte un volumen conocido de agua (M1) a una temperatura (Tc) superior a latemperatura ambiente. Por otro lado se enfría otra cantidad de agua (M2) hasta una temperatura (Tf) inferior a la temperatura ambiente y se añade al calorímetro. Se agita y se mide la temperatura (Te) del equilibrio de la mezcla.

El calor ganado por el agua fría es igual al calor perdido por el agua caliente y el calorímetro:


Donde C es el calor específico del agua (1 cal/gK) y M1 y M2 las masas de agua caliente y fría respectivamente. Estas masas se calcularán a partir de la densidad del agua correspondiente a cada temperatura. Finalmente, el equivalente en agua del calorímetro (K) será:



Para determinar el calor latente del hielo, se pesa el calorímetro con una cierta cantidad de agua (M) a una temperatura superior a la atmosférica (Tc). Se añaden, al...