Calor Sensible y latente

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    24-Jan-2016

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Termodinamica

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<p>Calor sensible.Cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin que en el ocurran cambios en su estado fsico (cambio de fase). Cuando a un cuerpo se le suministracalorsensible en este aumenta latemperatura.</p> <p>Contenido[ocultar] 1Calor 1.1Suministrar calor sensible 2Condiciones para que no ocurran variaciones 3Enlace externo 4FuentesCalor</p> <p>Suministro de calor al aguaSe designa con el nombre de calor (Q) a laenergaen trnsito que fluye desde una parte de un sistema a otra o de un sistema a otro, en virtud nicamente de una diferencia de temperatura.Enfsicaencontramos definidos varios tipos de calores para una mejor comprensin y entendimiento de los diferentes procesos y fenmenos que ocurren en las sustancias y los cuerpos, as se puede definir el calor sensible, calor latente y elcalor especfico.Calor sensiblees aquel que un cuerpo o sustancia es capaz de absorber o ceder sin que por ello ocurran cambios en su estructura molecular, o sea, en su estado fsico.El calor absorbido o cedidodepende de la presin que sobre ella se ejerce, tomando como referencia la temperatura de 0o C. A mayorpresin, mayor calor sensible y a menor presin, menor calor sensible.Suministrar calor sensible</p> <p>movimiento desordenado de partculas en una sustancia al aumentar su temperatura por suministro de calorCuando se calienta una sustancia que tiene una temperatura inferior a su punto de ebullicin, absorbe calor y aumenta su temperatura (calor sensible), hasta alcanzar el punto de ebullicin correspondiente a la presin a que est sometida, luego de alcanzado este se detiene el ascenso de la temperatura y cualquier cantidad adicional de calor que se le suministre ya no aumentar la temperatura.Ejemplo: cuando se calientaaguaapresin atmosfrica, sta absorbe calor sensible y su temperatura se eleva progresivamente, hasta que comienza a ebullir, estabilizndose entonces a 100o C.Si el calentamiento ocurre a presin inferior a la atmosfrica entonces el agua comenzar a ebullir a temperatura inferior a 100o C, pues el punto de ebullicin disminuye, requiriendo menos calor sensible para alcanzar este punto a partir del cual el calor suministrado recibir el nombre de calor latente.La cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo, la presin a que esta sometido y a la diferencia de temperaturas entre el foco fro y caliente.Condiciones para que no ocurran variacionesPara ello resulta imprescindible fijar condiciones para que no ocurran variaciones en los puntos de cambio de estado de las sustancias, por tanto:A presin constante Qs = H = mCp(t2 t1)Donde: H es la entalpa del sistema, m es la masa del cuerpo, Cp es el calor especfico a presin constante (definido como la cantidad de calor requerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo a presin constante), t2 es la temperatura final, t1 es la temperatura inicial del cuerpo.A volumen constanteQs = U = mCv(t2 t1)Donde: Cv es el calor especfico a volumen constante, U representa la energa interna del sistema.Los valores de calor especfico varan con la sustancia,la temperatura ambiente y el estado de agregacin, ejemplo:SustanciaCalor especficoSignificado</p> <p>Agua1 cal/g o CPara elevar en 1 grado centgrado la temperatura de 1 g de agua, se requiere 1 calora.</p> <p>Aluminio0,217 cal/g o CPara elevar en 1 grado centgrado la temperatura de 1 g de aluminio se requieren 0,217 caloras.</p> <p>Calor latente. Cuando un lquido pasa al estado gaseoso, toma calor latente; cuando un gas se condensa y pasa al estado lquido, cede calor latente. Durante esos procesos la temperatura no experimentar cambio alguno.En la figura se muestra la condensacin del vapor de agua ambiente en las paredes externas de un vaso lleno de agua con hielo.Contenido[ocultar] 1Generalidades 2Tipos de calor latente 2.1Qu ocurre al suministrar calor latente 3Clculo de la cantidad de calor necesaria para el cambio de estado. 4Ver adems 5Fuentes 6Enlaces externosGeneralidadesCuando un sistema absorbe (o cede) una determinada cantidad decalorpuede ocurrir que:a) experimente un cambio en su temperatura (calor sensible) b) experimente un cambio de fase a temperatura constante (calor latente)Tipos de calor latente[[Image:</p> <p>Agua comenzando la ebullicin por suministro de calorCalor latente de:Ocurre cambio de estado de:</p> <p>VaporizacinLquido a gas</p> <p>FusinSlido a lquido</p> <p>SolidificacinLquido a slido</p> <p>SublimacinSlido a gas</p> <p>CondensacinGas a lquido</p> <p>Qu ocurre al suministrar calor latenteSi se entrega calor (calor sensible) a cierta masa dehielocuya temperatura es menor a 0o C a 1 atm de presin, permanecer en estado slido hasta que su temperatura alcance los 0o C. En este punto el hielo permanece a temperatura constante y comienza a fundirse (calor latente). La fusin es una transicin de fase, una transformacin desde la fase slida ordenada a la fase lquida desordenada. Esta transicin ocurre cuando el calor "rompe" algunas de las ligaduras qumicas de las molculas de agua permitiendo as que stas se muevan ms libremente. El hielo se transforma enagua, perdiendo su forma, su rigidez y su estructura cristalina. La temperatura de fusin del hielo es 0o C a 1 atm.Lamezclade hielo y agua contina a 0o C hasta que todo el hielo se haya fundido. Cuando slo hay agua el calor entregado produce aumento de la temperatura. Las ligaduras entre las molculas de agua son relativamente fuertes, de manera que el calor latente de fusin delaguaes grande: se necesitan alrededor de 333 000 J de calor para convertir 1kg de hielo a 0o C en 1kg de agua a 0o C. Esta misma cantidad de calor es suficiente para elevar la temperatura de 1kg de agua lquida en 80 o C; de manera que se necesita casi la misma cantidad de calor para fundir un trozo de hielo que para calentar el agua resultante casi hasta la temperatura de ebullicin.El calor latente de solidificacin reaparece cuando se enfra agua a su temperatura de fusin y comienza a solidificar. A medida que se extrae calor del agua, sta se solidifica en hielo y su temperatura no desciende. El calor que se libera cuando cierta masa de agua se transforma en hielo, sin cambiar su temperatura, es tambin el calor latente de fusin. Este enorme calor latente de fusin es lo que mantiene una mezcla de agua y hielo a 0 o C Si se transfiere suficiente cantidad decaloral agua (o al hielo), sta puede vaporizarse (o sublimarse).La cantidad de calor necesaria para transformar cierta masa de lquido o de slido en gas, sin cambiar su temperatura, se denomina calor latente de vaporizacin o de sublimacin respectivamente. El calor latente de vaporizacin del agua es sorprendentemente alto debido a que sus molculas son difciles de separar. Se necesitan alrededor de 2 300 000 J de calor para convertir 1 kg de agua a 100 o C en 1 kg de vapor de agua a 100 o C. Esta misma cantidad de calor elevara la temperatura de 1 kg de agua en ms de 500 o C. An ms cantidad de calor se necesita para convertir directamente hielo en vapor de agua (sublimacin).Clculo de la cantidad de calor necesaria para el cambio de estado.Q = mL Donde: L es el calor latente de la sustancia, m es la masa de sustancia que cambia de estado.</p> <p>Calor latente.Elcalor de cambio de estadoes laenergarequerida por una sustancia para cambiar de fase, deslidoalquido(calor de fusin) o de lquido a gaseoso (calor de vaporizacin).Este cambio de estado, esta dado por la formula;Q=Mldonde:mrepresenta la masaLes el punto de fusinEn este al realizarse un cambio de fase, la temperatura permanece constante.Ahora ejemplificaremos la combinacin de estos dos tipos de calores en un solo cuestionamiento.Cual es el calor necesario pra que un bloque de hielo de 3kg, de una temperatura de -8 seconvierta en agua a 25c?Este cuestionamiento se dividir en4 etapas.1 etapaEn esta se llevara acabo un cambio de temperatura que ser depasar delos -8 asta 0(calor especifico)Primero tenemos que convertir los tres kilogramos a gramos, lo cual nos dara3000g, teniendo esto solo basta con sustituir los valores en la formula correspondiente.Q=mcTSustituimos valores y efectuamos las operaciones correspondientes.Q=(3000g)(0.55cal/gc)(8c)Teniendo el resultado solo basta con eliminar las unidades iguale para que quede en caloras (cal).Q=13200 cal.2 etapaEn esta etapa se llevara a cabo un cambio de estado que donde el agua pasa de ser un solido a un liquido, aqu se utiliza la formula de calor latente.Q=MlSustituimos los valores de cada dato.Q= (3000g)(80cal/g)Realizamos las operaciones correspondientes y obtenemos el resultado.Q=240000 cal.3 etapaAqu se llevara a cabo un cambio de temperatura que va de los 0 hasta los 25. (calor especifico)Q=mcTSustituimos los valores de cada variable, lo que cambia aqui es que tomamos el valor ya del agua para delimitar el calor especifico.Q= (3000g)(1 cal/gc)(25c)Q=75000cal.4 etapaEn esta etapa sumaremos cada uno de los resultados de calor para delimitar el calor necesario para lograr la temperatura que se nos pide.Utilizamos la formula de sumatoria de calores.QT=Q1+Q2+Q3Sustituimos los valores para cada Q.QT= (13000+240000+75000)Y llegamos a resultado final.QT=328200 cal</p> <p>LA ENTALPALa Entalpa es la cantidad de energa de unsistematermodinmico que ste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reaccinqumicaapresinconstante, elcambiode entalpa del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reaccin. En un cambio de fase, por ejemplo de lquido agas, el cambio de entalpa del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporizacin. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpa por cada grado de variacin corresponde a la capacidad calorfica del sistema a presin constante. El trmino de entalpa fue acuado por el fsico alemn Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemticamente, la entalpa H es igual a U + pV, donde U es la energa interna, p es la presin y V es elvolumen. H se mide en julios.H = U + pVCuando un sistema pasa desde unas condiciones iniciales hasta otras finales, se mide el cambio de entalpa ( H).H = Hf HiLa entalpa recibe diferentes denominaciones segn elproceso, as:Entalpa de reaccin, entalpa de formacin, entalpa decombustin, entalpa de disolucin, entalpa de enlace, etc; siendo las ms importantes:ENTALPIA DE REACCIN:Es el calor absorbido o desprendido durante una reaccin qumica, a presin constante.ENTALPA DE FORMACIN:Es el calor necesario para formar una mol de una sustancia, a presin constante y a partir de los elementos que la constituyen.Ejemplo:H2 (g) + O2 (g) = &gt; H2O + 68.3KcalCuando se forma una mol de agua (18 g) a partir dehidrgenoyoxgenose producen 68.3 Kcal, lo que se denomina entalpa de formacin del agua.ENTALPA DE COMBUSTIN:Es el calor liberado, a presin constante, cuando se quema una mol de sustancia.Ejemplo:CH4 (g) + 2O2 (g) =&gt; 2CO2 (g) + 2H2O (l) H = -212.8 KcalLo que significa que cuando se queman 16 g demetanose desprenden 212.8 Kcal.Estas entalpas se determinan normalmente a 25C y 1atm. Para determinar la entalpa estndar de formacin de las sustancias, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:1. La entalpa estndar de formacin de los elementos puros, libres y tal como se encuentran en suestadonatural es cero.Por ejemplo:H2 (g), O2 (g), N2 (g), Cl2 (g), Na (s), etc, tienenHf25 = 0, donde Hf25 es la entalpa estandar de formacin.2. Elcarbonose presenta a 25C 1 atm de presin y enel estadoslido, de varias formas: diamante, grafito, antracita, hulla, coke, etc, pero su estado estandar se define para el grafito, o sea Hf25 del grafito es igual a cero.3. El azufre se presenta en dos estados alotrpicos, el rombico y el monocclico; su entalpa estandar se define para el rombico o sea Hf25 del rombico es igual a cero.ENTALPA ESTNDARde una ecuacin general:</p> <p>Se calcula restando las entalpas estndares de formacin de los reactivos de las entalpas estndares de formacin de losproductos, como se ilustra en la siguiente ecuacin:</p> <p>CALORIMETRASegn lasteorasque iniciaron el estudio de la calorimetra, el calor era una especie de fluido muy sutil que se produca en las combustiones y pasaba de unos cuerpos a otros, pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor cantidad. Posteriormente, se observ que, cuando se ejerca untrabajomecnico sobre un cuerpo (al frotarlo o golpearlo, por ejemplo), apareca calor; hecho que contradeca el principio de conservacin de la energa, ya que desapareca una energa en forma de trabajo mecnico, adems de que se observaba la aparicin de calor sin que hubiese habido combustin alguna. Benjamin Thompson puso en evidencia este hecho cuando diriga unos trabajos de barrenado de caones observando queel aguaderefrigeracinde los taladros se calentaba durante el proceso. Para explicarlo, postul lateorade que el calor era una forma de energa. Thompson no consigui demostrar que hubieseconservacin de energaen el proceso de transformacin de trabajo en calor, debido a la imprecisin en los aparatos de medidas que us. Posteriormente, Prescott Joule logr demostrarlo experimentalmente, llegando a determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume, que es de 0,239 caloras por cada julio de trabajo que se transforma ntegramente en calor.La Calorimetra es la rama de latermodinmicaque mide la cantidad de energa generada enprocesosde intercambio de calor. El calormetro es el instrumento que mide dicha energa. El tipo de calormetro de uso ms extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y untermmetro. Se coloca una fuente de calor en el calormetro, se agita el agua hasta lograr elequilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termmetro. Si se conoce la capacidad calorfica del calormetro (que tambin puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energa liberada puede calcularse fcilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor especfico y el calor latente pueden ir midindose segn se va enfriando el objeto.CALOR ESPECFICO Y CAPACIDAD CALORFICAEl calor especfico (s) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La capacidad calorfica (C) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una cantidad determinada de sustancia. El calor especfico es unapropiedadintensiva, en tanto que la capacidad calorfica es una propiedad extensiva. La relacin entre la capacidad calorfica y el calor especfico de una sustancia es:C = msDonde m es la masa de la sustancia en gramos. Por ejemplo el calor especfico del agua es 4.184 J/g . C y la capacidad calorfica de 60 gramos de agua es:(60.0 g)(4.184 J/g . C) = 251 J/CSUSTANCIACALOR ESPECFICO (J/g.C)</p> <p>Aluminio0.900</p> <p>Oro0.129</p> <p>C(grafito)0.720</p> <p>C(diamante)0.502</p> <p>Cobre0.385</p> <p>Hierro0.444</p> <p>Mercurio0.139</p> <p>Agua4.184</p> <p>Etanol2.46</p> <p>Tabla 1. Calor especfico de algunas sustanciasSi se conoce el calor especfico y la cantidad de una sustancia, en...</p>