Respuestas - Universidad Técnica Particular de Loja

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Guía didáctica: Física para las Ciencias Biológicas ¿Hay más condensación en aire frío? ¿Hay más vapor de agua en aire caliente? Veamos ahora el proceso de ebullición del que todos tenemos experiencia. 12.3 EBULLICIÓN 122 UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja SEGUNDO BIMESTRE El proceso de ebullición -paso de una sustancia del estado líquido a vapor sin cambios en la temperatura- se presenta en las páginas del texto básico, por lo que le invito revisarlas para la comprensión de este importante fenómeno del que nos valemos al cocer nuestros alimentos, por ejemplo. Observemos: En el punto normal de ebullición las moléculas del vapor tienen mayor energía cinética que las moléculas del líquido ¿Qué calor se requiere por unidad de masa para convertir el líquido en vapor en el punto normal de ebullición? ¿Por qué se precisa de energía calorífica en un cambio de estado si la temperatura permanece constante? ¿La temperatura de ebullición depende de la presión? ¿Un alimento se cuece más rápido a alta presión? ¿La ebullición es un proceso de enfriamiento? Avancemos con el estudio del siguiente cambio de estado. 12.4 FUSIÓN Y CONGELACIÓN El paso de una sustancia del estado sólido a líquido denominado fusión y el proceso inverso denominado congelación, se presenta en las páginas del texto básico. Observemos también el fenómeno denominado regelamiento, paso de una cuerda por una porción de hielo sin dejar rastro. Ahora le invito a trazar un diagrama “temperatura versus calor” y ubicar en el mismo - mediante trazos a color- el proceso de fusión y de congelación, respectivamente. ¿Por qué se producen los cambios de estado? ¿Qué papel desempaña la energía calorífica? Demos respuesta a estas inquietudes revisando el siguiente punto.
SEGUNDO BIMESTRE Guía didáctica: Física para las Ciencias Biológicas 12.5 ENERGIA Y CAMBIOS DE FASE Le invito ahora ir a las páginas del texto básico, donde se describe la necesidad de energía para que ocurra un cambio de estado. En el esquema bajo el título práctica física, se aprecia el proceso de fusión del hielo seguido del calentamiento del agua y culmina con el proceso de vaporización. En estos procesos, hay dos cambios de estado y uno de elevación de temperatura, que como sabemos requieren energía. Observe qué calor interviene en cada etapa. Como en los cambios de estado y de cambios de temperatura de una sustancia, interviene el calor, se habla de dos calores: • Calor sensible, es el calor requerido para cambiar en un grado de temperatura la unidad de masa de una sustancia en una fase dada. Este calor se expresa en cal/g.°C • Calor latente, es el calor requerido por unidad de masa para cambiar la fase de una sustancia sin cambios en la temperatura. Este calor también denominado calor de transformación se expresa en cal/g. Desarrollemos un ejemplo sobre estos conceptos. Ejemplo 20 En un calorímetro de aluminio de 40 g que contiene 125 g de agua a 30°C, se transfieren 10 g de hielo a -10°C. Si la temperatura de equilibrio es de 22°C. Determine el calor latente de fusión del hielo. Observación: calor específico del aluminio 0,217 cal/g.°C, del hielo 0,5 cal/g.°C y agua 1cal/g.°C, respectivamente. Desarrollo Como se trata de una mezcla calorimétrica, entonces la expresión del balance calorífico, es: Q cedido = Q ganado Q calorímetro = Q agua + Q hielo Concretándonos en el ejercicio y como la temperatura de equilibrio es mayor de 0°C, todo el hielo se funde, de manera que la ecuación desarrollada tiene la forma: Q calorímetro + Q agua = Q hielo + Q fusión del hielo + Q agua del hielo fundido Expresemos cada calor Q en función de la masa m, el calor específico c y la diferencia de temperatura ∆T correspondiente; y, el calor de fusión del hielo en función de la masa m y el calor latente L f , respectivo. La ecuación, entonces tiene la forma: (mc∆T) cal + (mc∆T) agua = (mc∆T) hielo + (mL f ) fusión hielo + (mc∆T) agua del hielo fundido Ahora, sustituyamos los datos: UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja 123
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