Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

Grado 10 → Física térmica → Propiedades térmicas de la materia ↓


Calor latente y cambio de fase


En el mundo que nos rodea, la materia existe en diferentes estados: sólido, líquido y gas. Como probablemente sabes, la materia puede cambiar de un estado a otro. Estos cambios se conocen como cambios de fase. Ocurren cuando añades o eliminas calor. En esta lección, vamos a explorar en detalle los conceptos de calor latente y cambios de fase.

Fundamentos de calor y temperatura

Antes de aprender sobre el calor latente, es importante entender los conceptos básicos de calor y temperatura. El calor es una forma de energía. Fluya de un objeto más caliente a uno más frío, y se mide en julios (J). La temperatura, por otro lado, es una medida de cuán caliente o frío está un objeto, y se mide en grados Celsius (°C) o Kelvin (K).

Cuando calientas una sustancia, su temperatura usualmente aumenta. Sin embargo, durante un cambio de fase, la temperatura de la sustancia no cambia incluso cuando se añade o se elimina calor. Esto se debe a que la energía térmica se utiliza para cambiar el estado de la sustancia en lugar de cambiar su temperatura. Aquí es donde entra en juego el calor latente.

Comprendiendo el calor latente

El calor latente es el calor que es absorbido o liberado por una sustancia durante un cambio de estado. Es importante notar que este calor no provoca un cambio en la temperatura. En cambio, se utiliza para vencer las fuerzas que mantienen las moléculas unidas en su estado actual.

Calor Latente (Q) = masa (m) x capacidad calorífica latente (L)

En esta ecuación:

  • Q es el calor latente.
  • m es la masa de la sustancia.
  • L es la capacidad calorífica latente específica.

El calor latente se mide en julios (J), y la capacidad calorífica latente específica se mide en julios por kilogramo (J/kg).

Tipos de calor latente

Hay dos tipos principales de calor latente:

  • Calor latente de fusión: Es el calor necesario para cambiar un sólido a un líquido sin ningún cambio de temperatura.
  • Calor latente de vaporización: Se refiere al calor requerido para convertir un líquido en un gas sin ningún cambio de temperatura.

Cambio de fase

Exploraremos cada cambio de fase y entenderemos cómo juega un papel el calor latente:

1. Fusión (sólido a líquido)

Considera un trozo de hielo. Cuando lo sacas del congelador y lo dejas a temperatura ambiente, empieza a derretirse. ¿Qué está pasando aquí? El hielo absorbe calor del entorno, pero su temperatura no aumenta. Esta energía térmica se utiliza para romper los enlaces que mantienen las moléculas de hielo en su estructura rígida, convirtiéndolas en agua líquida.

Q = mx Lf

donde Lf es el calor latente específico de fusión.

2. Congelación (líquido a sólido)

La congelación es el proceso opuesto a la fusión. Cuando el agua se convierte en hielo, se libera calor latente de ella. Esta energía libre ayuda a mantener la temperatura del agua mientras se convierte en un estado sólido.

3. Evaporación (líquido a gas)

Piense en el agua hirviendo en la estufa. El agua absorbe calor de la estufa. Una vez que alcanza los 100°C (al nivel del mar), comienza a convertirse en vapor, pero la temperatura permanece constante. El calor absorbido se utiliza para cambiar el agua de líquido a gas, en lugar de calentarla más.

Q = mx Lv

donde Lv es el calor latente específico de vaporización.

4. Condensación (gas a líquido)

Este es el inverso de la evaporación. Cuando el vapor se enfría, se condensa en agua. Durante este proceso, el calor latente se libera al entorno circundante. Por eso el vapor puede causar quemaduras graves: libera mucha energía cuando se condensa en la piel.

5. Sublimación (sólido a gas) y deposición (gas a sólido)

La sublimación es cuando un sólido cambia directamente a gas sin primero convertirse en líquido, como el hielo seco que se convierte en gas de dióxido de carbono. La deposición es lo contrario: un gas se convierte en sólido sin primero convertirse en líquido. Un ejemplo de deposición es cómo se forma la escarcha a partir del vapor de agua en una superficie fría.

Ejemplo visual: curva de calentamiento

Calor añadido Temperatura (°C) Sólido Fusión Líquido Evaporación

El gráfico anterior es la curva de calentamiento del agua. Muestra cómo el agua absorbe calor en diferentes etapas:

  1. A medida que el hielo sólido absorbe calor y la temperatura sube, la línea sube.
  2. La parte plana es donde ocurre la fusión; la temperatura permanece constante.
  3. Luego, la temperatura vuelve a subir a medida que el agua líquida absorbe más calor.
  4. Otra parte plana se ve durante la evaporación, cuando el agua se convierte en vapor.

Ejemplo de lección: calculando el calor latente

Imagina que tienes 2 kg de hielo a 0°C, y quieres convertirlo en agua líquida a la misma temperatura. Para calcular el calor latente requerido, utilizas la fórmula:

Q = mx Lf

Supongamos que el calor latente específico de fusión para el hielo es 334,000 J/kg. Sustituyendo el valor:

Q = 2 kg x 334,000 J/kg Q = 668,000 J

Entonces, para derretir 2 kilogramos de hielo a 0°C y convertirlo en agua necesitarías 668,000 julios de calor.

Aplicaciones prácticas

Comprender el calor latente y los cambios de fase no es solo teórico; también tiene aplicaciones en el mundo real:

  • Refrigeración: Los refrigeradores y acondicionadores de aire dependen de los principios del calor latente para enfriar. Utilizan el calor latente de vaporización y condensación en su refrigerante para transferir calor del interior del refrigerador al exterior.
  • Sistemas de calefacción: Muchos sistemas de calefacción utilizan calor latente para transferir energía de manera eficiente, particularmente en sistemas de almacenamiento de calor donde se utilizan materiales de cambio de fase.
  • Cocina: El conocimiento del calor latente ayuda a entender procesos de cocción. Por ejemplo, el agua hirviendo permanece a 100°C hasta convertirse en vapor, lo que mantiene consistente la temperatura de cocción.

Conclusión

En resumen, el calor latente es un concepto clave para entender cómo las sustancias cambian de fase sin un cambio de temperatura. Esta energía es responsable de los fuertes enlaces que deben superarse durante la fusión, ebullición o congelación. Reconocer la importancia del calor latente tiene implicaciones prácticas en una variedad de campos como la meteorología, la cocina y las tecnologías de calefacción.

Al continuar explorando la física térmica, ten en cuenta que la transferencia de energía y los cambios de fase son integrales tanto para los fenómenos naturales como para los sistemas creados por el hombre. Observar el mundo con estos conceptos puede llevar a una comprensión más profunda de cómo la energía térmica da forma a nuestras experiencias cotidianas.


Grado 10 → 3.3.2


U
username
0%
completado en Grado 10

← Anterior (3.3.1)
Capacidad calorífica específica
Siguiente (3.3.3) →
Punto de ebullición y punto de fusión

Comentarios 



Calor latente y cambio de fase

https://www.physicsflow.com/g10/3.3.2?pfal=es