Calcular el calor latente y el calor de un cambio de estado
Elige qué calcular: el calor de un cambio de estado de una sustancia, o el calor total para llevar agua (hielo, líquida o vapor) de una temperatura a otra. A 0 °C se considera hielo y a 100 °C, agua líquida.
En resumen
El calor de un cambio de estado se calcula con Q = m · L, donde L es el calor latente: la temperatura no cambia mientras dura. Fundir 2 kg de hielo (L = 334 kJ/kg) necesita 2 · 334 = 668 kJ, y evaporar 1 kg de agua (L = 2257 kJ/kg), 2257 kJ.
Fórmula del calor latente
- Q: calor, en julios (J).
- m: masa, en kg.
- L: calor latente, la energía que necesita cada kilo para cambiar de estado, en J/kg (fusión del hielo: 334 000).
Mientras dura el cambio, la temperatura se queda fija: el hielo que se funde sigue a 0 °C hasta que se deshace del todo.
Ejemplos resueltos
Pasar 1 kg de hielo a −10 °C a vapor a 120 °C
Se suman cinco tramos: calentar el hielo, fundirlo, calentar el agua, evaporarla y calentar el vapor: unos 3071 kJ, y el 73,5 % se va en evaporar.
Probar este ejemploCalores latentes a presión normal
| Sustancia | Fusión (kJ/kg) | Funde a | Vaporización (kJ/kg) | Hierve a |
|---|---|---|---|---|
| Agua | 334 | 0 °C | 2257 | 100 °C |
| Alcohol etílico | 108 | -114 °C | 846 | 78 °C |
| Mercurio | 11,4 | -39 °C | 296 | 357 °C |
| Plomo | 24,5 | 327 °C | 871 | 1750 °C |
| Aluminio | 397 | 660 °C | 10.500 | 2519 °C |
| Hierro | 247 | 1538 °C | 6090 | 2862 °C |
| Cobre | 205 | 1085 °C | 4730 | 2562 °C |
De hielo a vapor
Para llevar 1 kg de hielo a −10 °C hasta vapor a 120 °C hay cinco tramos: calentar el hielo (c = 2090 J/kg·°C), fundirlo (334 kJ), calentar el agua (c = 4186), evaporarla (2257 kJ) y calentar el vapor (c = 2010). Evaporar es, con diferencia, lo que más energía consume.
Un poco de historia
Joseph Black descubrió el calor latente hacia 1761: comprobó que el hielo absorbe calor al fundirse sin cambiar de temperatura, y lo llamó «latente» porque parece esconderse. James Watt, que trabajaba en la misma universidad, aprovechó la idea para mejorar la máquina de vapor.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula el calor latente?
Con Q = m · L: la masa por el calor latente de la sustancia. Para el agua, el de fusión es 334 000 J/kg y el de vaporización, 2 257 000 J/kg. Fundir 2 kg de hielo a 0 °C necesita 2 · 334 000 = 668 000 J.
¿Qué es el calor latente?
El calor que absorbe o desprende una sustancia al cambiar de estado sin cambiar de temperatura. Se mide en J/kg: fundir 1 kg de hielo requiere 334 000 J.
¿Cuánto calor hace falta para evaporar 1 litro de agua?
Si ya está a 100 °C, 2257 kJ (unos 0,63 kWh). Desde 20 °C hay que sumar antes 335 kJ para calentarla hasta 100 °C.
¿Por qué no sube la temperatura mientras hierve el agua?
Porque todo el calor se emplea en separar las moléculas para pasar a vapor. Hasta que no se evapora toda, el agua sigue a 100 °C (a presión normal).
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