Si para pasar del estado líquido al gaseoso una determinada cantidad de alcohol etílico que está a 78°C hemos necesitado 5000 J ¿Que masa de alcohol etílico hemos utilizado?
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Respuesta:
Normalmente, una sustancia experimenta un cambio de temperatura cuando absorbe o cede calor al ambiente que le rodea. Sin embargo, cuando una sustancia cambia de fase absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de fase es igual a
Q=mL
donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de fase.
Por ejemplo, para que el agua cambie de sólido (hielo) a líquido, a 0ºC se necesitan 334·103 J/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 ºC se precisan 2260·103 J/kg.
Determinar el calor que hay que suministrar para convertir 1g de hielo a -20 ºC en vapor a 100ºC. Los datos son los siguientes:
Calor específico del hielo ch=2090 J/(kg K)
Calor de fusión del hielo Lf=334·103 J/kg
Calor específico del agua c=4180 J/(kg K)
Calor de vaporización del agua Lv=2260·103 J/kg
Etapas:
Se eleva la temperatura de 1g de hielo de -20ºC (253 K) a 0ºC (273 K)
Q1=0.001·2090·(373-253)=41.8 J
Se funde el hielo
Q2=0.001·334·103=334 J
Se eleva la temperatura del agua de 0º C (273 K) a 100 ºC (373 K)
Q3=0.001·4180·(373-273)=418 J
Se convierte 1 g de agua a 100ºC en vapor a la misma temperatura
Q4=0.001·2260·103=2260 J
El calor total Q=Q1+Q2+Q3+Q4=3053.8 J.
Si disponemos de una fuente de calor que suministra una energía a razón constante de q J/s podemos calcular la duración de cada una de las etapas