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vuelve explosiva pues de inmediato se forman burbujas y el agua caliente se obliga hacia
arriba fuera de la taza.
Pregunta rápida 20.2 Suponga que se realiza el mismo proceso de agregar energía al
cubo de hielo como se señaló con anterioridad, pero en vez de ello se grafica la energía
interna del sistema como función de la entrada de energía. ¿Cómo sería esta gráfica?
Sección 20.3 Calor latente 563
EJEMPLO 20.4
Enfriamiento de vapor
¿Qué masa de vapor, inicialmente a 130°C, se necesita para calentar 200 g de agua en un contenedor de vidrio de 100 g, de
20.0°C a 50.0°C?
SOLUCIÓN
Conceptualizar Imagine colocar agua y vapor en un contenedor aislado y cerrado. Con el tiempo el sistema alcanza un
estado uniforme de agua con una temperatura final de 50.0°C.
Categorizar Respecto a la conceptualización de esta situación, dicho ejemplo involucra calorimetría en la que se presenta
un cambio de fase.
Analizar Escriba la ecuación 20.5 para describir
el proceso de calorimetría:
El vapor experimenta tres procesos: una disminución
en temperatura a 100°C, condensación
en agua líquida y finalmente una disminución en
temperatura del agua a 50.0°C. Encuentre la
transferencia de energía en el primer proceso,
use la masa desconocida m s del vapor:
1) Q frío Q caliente
Q 1 m s c s ¢T m s 12.01 10 3 J>kg # °C2 1 30.0°C2
m s 16.03 10 4 J>kg2
(Nota: Los subíndices s corresponden al vapor; los subíndices w, al agua líquida.)
Encuentre la transferencia de energía en el segundo
proceso, asegúrese de usar un signo negativo
en la ecuación 20.7, porque la energía sale
del vapor:
Encuentre la transferencia de energía en el tercer
proceso:
Sume las transferencias de energía en estas tres
etapas:
Q 2 m s 12.26 10 6 J>kg2
Q 3 m s c w ¢T m s 14.19 10 3 J>kg # °C2 1 50.0°C2
m s 12.09 10 5 J>kg2
Q caliente Q 1 Q 2 Q 3
Q caliente m s 36.03 10 4 J>kg 2.26 10 6 J>kg 2.09 10 5 J>kg4
2) Q caliente m s 12.53 10 6 J>kg2
El agua a 20.0°C y el vidrio sólo se someten a un
proceso, un aumento en temperatura a 50.0°C.
Encuentre la transferencia de energía en este
proceso:
Sustituya las ecuaciones 2) y 3) en la ecuación 1)
y resuelva para m s :
Q frío 10.200 kg2 14.19 10 3 J>kg # °C2 130.0°C2
10.100 kg2 1837 J>kg # °C2 130.0°C2
3) Q frío 2.77 10 4 J
2.77 10 4 J 3 m s 12.53 10 6 J>kg24
m s 1.09 10 2 kg 10.9 g
¿Qué pasaría si?
análisis anterior?
¿Y si el estado final del sistema es agua a 100°C? ¿Necesitaría más o menos vapor? ¿Cómo cambiaría el