El calor es un factor esencial en las transiciones de fase. El calor requerido para transformar un sólido en una fase líquida o de vapor se conoce como calor latente. Se le conoce con varios nombres dependiendo de su fase, como calor de condensación, calor de vaporización, etc. También puede referirse a la cantidad de energía térmica recibida o emitida durante una transición de fase. Veremos la idea de calor latente y la fórmula de calor latente con ejemplos en este tema. ¡Echemos un vistazo al concepto!
¿Qué es el calor latente?
La energía o el calor liberado o absorbido durante un cambio de fase de un material se conoce como calor latente. Puede ser de un gas a un líquido o de un líquido a un sólido y viceversa.
Gráfico de calor latente
La entalpía es un atributo térmico que está relacionado con el calor latente. Sin embargo, un factor crucial para recordar sobre el calor latente es que la temperatura del material no cambia. En términos del proceso, el calor latente es el esfuerzo requerido para vencer las fuerzas de atracción que mantienen unidas las moléculas y los átomos en una sustancia.
Echemos un vistazo a un ejemplo. Si un sólido se transforma en líquido, debe absorber energía para empujar las moléculas a un volumen más grande y fluido. Cuando un material se transforma de gas a líquido, sus niveles de densidad también deben moverse de menor a mayor, lo que requiere que el material libere o pierda energía para acercar las moléculas.
Cuando miramos las moléculas a nivel molecular, podemos ver que las moléculas gaseosas tienen más vibraciones que las líquidas. Como resultado, cuando agregamos calor a un líquido, las moléculas comienzan a vibrar. La energía necesaria para modificar el movimiento molecular será el calor latente. El valor del calor latente de cada material es diferente.
fórmula de calor latente
La fórmula para el calor latente se da como:
L = Q ⁄ METRO
donde, L es el calor latente, Q es la cantidad de calor liberado o absorbido y M es la masa de la sustancia.
El calor Q que debe suministrarse o retirarse para que un objeto de masa m cambie de fase se establece en esta ecuación. El calor latente individual se denota con la letra L.
La unidad de calor latente es J ⁄ Kg .
El calor latente tiene un valor variable. Depende del tipo de transición de fase que se esté produciendo.
- Sólido a líquido – fusión
- Líquido a gas – vaporización
- Sólido a gas – sublimación
Tipo de calor latente
Echemos un vistazo a los muchos tipos de calor latente que pueden surgir.
Calor latente de fusión
El calor consumido o emitido cuando la materia se funde, cambiando de estado de estructura sólida a fluida a una temperatura constante, se conoce como calor latente de fusión.
La energía calorífica requerida para transformar un sólido en un fluido a presión atmosférica es el calor latente de fusión mientras la temperatura permanece constante durante la operación. El cambio de entalpía de cualquier sólido a medida que se funde se conoce como calor latente de fusión.
Cuando el calor de fusión se expresa en términos de una unidad de masa, se denomina calor específico de fusión, mientras que el calor molar de fusión se refiere al cambio de entalpía por mol de material.
La energía interna del estado fluido es mayor que la del estado sólido. Esto significa que se debe entregar energía al sólido para disolverlo, y se debe quitar energía de un fluido cuando se solidifica porque las partículas en el fluido tienen una fuerza intermolecular más frágil y, por lo tanto, tienen una energía potencial mayor (una especie de enlace -energía de separación para potencias intermoleculares).
Calor latente de vaporización
El calor consumido o expulsado a medida que la materia se desintegra, cambiando de fase de fluido a gas a temperatura constante, se conoce como calor latente de vaporización.
El calor de vaporización del agua es el más conocido. El calor de vaporización se define como la cantidad de calor requerida para convertir 1 g de un fluido en un humo sin cambiar la temperatura del fluido. Después de que la temperatura de una sustancia ha alcanzado el punto de ruptura, se necesita calor latente para cambiar el estado de la sustancia de fluido a gas en este punto.
Vale la pena señalar que el calor latente no está asociado con un cambio de temperatura sino con un cambio de forma. La desaparición del agua tiene un efecto de enfriamiento evidente, mientras que la acumulación tiene un efecto de calentamiento, debido al alto calor de vaporización.
Calor latente de sublimación
Cuando se exponen al aire libre, algunas sustancias químicas, como la naftalina, se convierten directamente de sólido a gas. El calor latente de sublimación es la cantidad de calor requerida para que una sustancia cambie de estado sólido a gaseoso o la cantidad de calor requerida para eliminar el calor de un material gaseoso para convertirlo en su estado sólido.
Calor sensible
El calor transferido por un cuerpo o sistema termodinámico que afecta la temperatura del cuerpo o sistema, así como algunas variables macroscópicas del cuerpo o sistema excepto la presión o el volumen, se denomina calor sensible.
Problemas de muestra
Problema 1: ¿Cuáles son las aplicaciones del calor latente?
Responder:
Algunas de las aplicaciones del calor latente se dan a continuación.
- Apagar el fuego usando agua hirviendo
- Refrigeración de bebidas mediante el uso de agua fría y hielo.
- Derretimiento del hielo en la carretera con la ayuda de la sal
- comida al vapor
Problema 2: Calcule el calor latente de 20 kg de sustancia si la cantidad de calor para un cambio de fase es de 600 kcal.
Solución:
Dado:
Q=600kcal
M=20Kg
La fórmula para el calor latente se da como:
L=Q⁄M
=600 kcal/20 kg
=30 kcal/kg
Por tanto, el calor latente necesario para el cambio de fase es de 30 Kcal/Kg .
Problema 3: ¿Por qué el calor latente no puede alterar la temperatura de una sustancia?
Responder:
El aumento de la energía cinética de un material provoca un aumento de la temperatura. Sin embargo, si la energía cinética permanece constante, la temperatura permanecerá constante. No hay cambio en la energía cinética cuando un material absorbe calor latente para producir un líquido. Como resultado, la temperatura permanece constante mientras cambia la condición de la materia.
Problema 4: ¿Por qué vemos gotas de agua en el exterior de un vaso lleno de agua helada?
Responder:
Se sabe que el vapor de agua existe en la atmósfera. Como resultado, cuando el aire atraviesa el vidrio, la molécula de vapor de agua choca con la superficie fría y pierde energía. Porque cuando un material pierde energía, vuelve a su estado original, el vapor de agua se convierte en líquido y observamos gotitas de agua en la superficie exterior del vidrio.
Problema 5: ¿Por qué se aplica hielo en un área quemada de la piel?
Responder:
La temperatura de la piel herida aumenta como resultado de la quemazón. Cuando se roza hielo contra la piel, el calor excedente es absorbido por el calor latente sustancial de fusión del agua. Como resultado, la temperatura de la piel herida desciende y experimentamos menos molestias.