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UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

CALOR LATENTE DE FUSION Carlos Porto1, Ángelo Pacheco2, Arturo Rodriguez1 , Karen Castiblanco3 1 Ingeniería Industrial, 2Ingenieria Ambiental, 3Ingenieria Electrica Laboratorio de Física de Campos Grupo: QDL

Resumen La práctica anterior consistió en hallar el calor latente experimental del hielo dentro de un calorímetro que contenía agua a temperatura ambiente. Primeramente se masó el recipiente de aluminio, seguidamente de le agrego agua a dicho recipiente y se masó también se realizó la resta entre las dos masas para conocer la masa del agua. Luego se agregaron cubos de hielo al recipiente y se masó nuevamente se hizo otra resta para así saber la masa del hielo. Enseguida se introdujo el recipiente en el calorímetro y se agito hasta deshacerse el hielo y se midió la temperatura, para conocer la temperatura equilibrio, con todos estos cálculos hallamos el calor latente. Palabras Claves: Energía interna, cambio de fase, estado de agregación, calor latente, derretir.

Abstract The above practice is the experimental finding latent heat of ice within a heat containing water at room temperature. First the aluminum container masó, then I add water to the container and masó subtraction between the two masses to know the mass of water was also performed. Then ice cubes were added to the vessel and another subtraction masó again became so you know the mass of ice. Then the container was introduced in the calorimeter and stirred to rid the ice and the temperature was measured to determine the equilibrium temperature, all these calculations we find the latent heat..

Keywords Internal energy, phase change, aggregation state, latent heat, melt.

1. Introducción

temperatura, sino que hará que se funda el hielo, es decir que cambie de fase. Sólo hasta que el hielo se ha fundido totalmente, la adición de más calor hará que aumente la temperatura del agua. El calor que interviene en un cambio de fase se denomina calor latente y se define como la magnitud del calor requerido por unidad de masa L= Q/m, donde m es la masa de la sustancia

Cuando se transfiere calor a una sustancia, la temperatura de la sustancia aumenta al incrementarse la energía cinética. Sin embargo cuando el calor añadido solo causa un cambio de fase, la temperatura de la sustancia no cambia, si se añade calor a cierta cantidad de hielo que está a -10 ℃, la temperatura del hielo aumenta hasta llegar al punto de fusión (0℃) en este punto la adición de más calor no elevara la

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Se necesita una cantidad específica de energía para el cambio de fase de una cantidad determinada de sustancia, esto lo expresamos como Q=mLf Donde Lf es (el calor latente de fusión) es la cantidad de energía en forma de calor (en calorías) que se necesita para difundir una masa m de sustancia cuando ésta se encuentra en su punto de fusión

ello el calor de fusión representa la energía necesaria para cambiar del estado sólido a líquido, y también para pasar del estado líquido a sólido. El calor de fusión se mide en cal / g. Por ejemplo en el hielo: Al suministrarle calor al hielo, va ascendiendo su temperatura (calor específico) hasta que llega a 0 °C (punto de fusión del hielo), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no cambia (calor latente) hasta que se haya fundido del todo. Al ser fundido del todo obtendríamos solamente liquido (agua), entonces la temperatura nuevamente empezara a aumentar (calor específico) hasta llegar a 100 °C (punto de evaporización del agua), a partir de entonces, aun cuando se le siga aplicando calor, la temperatura no aumentará (calor latente) hasta ser evaporizado totalmente; cuando sea evaporizado totalmente obtendríamos solamente gas (vapor).

2. Fundamentos Teóricos 2.1. Calor Latente

Calor latente se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gas (calor de vaporización) sin cambio de temperatura. Latente en latín quiere decir escondido, y se llamaba así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de añadir calor), éste se quedaba escondido. La idea proviene de la época en la que se creía que el calor era una sustancia fluida denominada calórica. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia de fase, aumenta la temperatura y se llama calor sensible.

Observemos en la siguiente imagen: * En el tramo AB observamos que hay cambio de temperatura por lo tanto es calor específico.

Un sistema que consiste en formas sólida y líquida de determinada sustancia, a una presión constante dada, puede estar en equilibrio térmico, pero únicamente a una temperatura llamada punto de fusión simbolizado a veces como. A esta temperatura, se necesita cierta cantidad de calor para poder fundir cierta cantidad del material sólido, pero sin que haya un cambio significativo en su temperatura. A esta cantidad de energía se le llama calor de fusión, calor latente de fusión o entalpía de fusión, y varía según las diferentes sustancias. Se denota por.

* En el tramo BC observamos que no hay cambio de temperatura por lo tanto es calor latente. * En el tramo CD observamos que hay variación de temperatura por lo tanto es calor especifico. * En el tramo DE observamos que no hay variación de temperatura por lo tanto es calor latente.

El calor de fusión representa la energía necesaria para deshacer la fase sólida que está estrechamente unida y convertirla en líquido. Para convertir líquido en sólido se necesita la misma cantidad de energía, por

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2.2.4 Calor de condensación: Calor que es liberado por la masa de un gas que se encuentra en su punto de ebullición al condensarse en un fluido. 2.2.5 Calor de solidificación: Cantidad de calor que desprende la masa de un líquido al solidificarse a su temperatura de congelación. 2.3 RELACION DE CANTIDAD DE CALOR CON CALOR LATENTE. Q = mL_f Q: cantidad de calor (calorías) m: masa (gramos) L_f: Calor latente (calorías/gramos)

2.1 Tabla de calores latentes TIPOS DE CALOR LATENTE Tipos: Cambios de estado: Vaporización Liquido a gas Fusión Solido a liquido Sublimación Solido a gas Condensación Gas a liquido Solidificación Liquido a solido 2.2.1 calor de vaporización Es la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado líquida, al estado gaseoso en el punto de ebullición. Esta energía rompe las fuerzas atractivas intermoleculares y también debe proveer la energía necesaria para expandir el gas. Siendo la cantidad de energía absorbida durante el proceso de evaporación de un líquido en ebullición. 2.2.2 Calor de fusión: Se llama "calor de fusión", la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado sólido, a estado líquido, sin cambiar su temperatura. Esta energía rompe los enlaces de sólidos, y queda una significativa cantidad, asociada con las fuerzas intermoleculares del estado líquido. 2.2.3 Calor de sublimación: Es la energía necesaria para producir el cambio de estado de sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina deposición o sublimación regresiva; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

2.3.1 UNIDADES DEL LATENTE: Cal/ gr: calorías entre gramo. J/kg: joule entre kilogramos.

CALOR

2.3.2 VALORES DE CALOR LATENTE DE ALGUNAS SUSTANCIAS: En el cuadro siguiente se dan algunos valores del calor latente de fusión para diferentes sustancias.

Sustancia

cal/gr.

Agua

80

Hierro

6

Cobre

42

Plata

21

Platino

27

Oro

16

Mercurio

2,8

Plomo

5,9

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−( 45,1 g (0,22 cal/g ℃)(−11 ℃)+107,9 g

3. Desarrollo Experimental

¿ Para esta práctica se necesitaron los siguientes materiales: calorímetro, termómetro, hielo y agua Se masa el agua y la vasija de metal que hay en el calorímetro. También se masa el hielo, se echa el agua en la vasija y se introduce el hielo que posteriormente se masa y se deja descongelar, anterior a esto se media la temperatura del agua que supone ser la ambiente. El objetivo del laboratorio es buscar la latente de fusión o calor oculto de fusión del hielo (agua en estado solido a liquido).

Lf

Lf

107, 9

5

m h ( g) T eq(° C) T i (° C)

J Kg . El resultado se asemeja

17

14

5. conclusión

25

Normalmente cuando se pierde o se gana energía en un sistema de partículas, se produce un cambio de temperatura, pero, este caso no es ese. En este caso esa transferencia de energía cambia la energía interna del sistema y genera lo que conocemos como cambio de fase. Todas las sustancias tienen un comportamiento diferente en el cambio de fase. Cuando suceden esos cambios en la energía interna pero que no se ven reflejados en el aumento de la temperatura o viceversa estamos hablando del calor latente u oculto.

Tabla2

Ce

cal ° c) g

a(

L

LfT (cal / g)%

cal f (cal/ g ) ° c) g

1

75,65

80

5,1

T eq - T i

∆T

=

∆T

=14 ℃−¿ 25 ℃

∆T

=-11 ℃

“Calor latente de fusión, Lf es el término que se aplica cuando el cambio de fase es de sólido a líquido (derretir significa “combinar mediante fusión”),” Serway y Jewett.

Calculando latente de fusión

−( mCe ∆ T +mCe ∆ T )=mh Lf Lf =

J Kg

un poco a la teoría y la experiencia se puede considerar bien hecha.

mal (g) ma(g )

0,22

3,16 ×105

3,33 ×10

Tabla1

al(

=

En base a este resultado, se obtiene un error porcentual de 5,1% (ver tabla 2), el error humano hizo parte la experiencia. Sin embargo, el Lf teórico es de 80 cal/g o

cálculos

Ce

=75,65 cal/g

Por factores de conversión

4. Datos obtenidos del laboratorio y

45,1

17 g

−( mCe ∆ T +mCe ∆ T ) mh 6.Bibliografía

4

( 1calg ℃)(−

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1. SERWAY, Raymond. Física. Tomo I. 4° edición. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002. 2. Calor De Fusión Del Hielo. Disponible. [Online] (s.f.). Obtenido de http://www.fisica.uson.mx/man uales/fluidos/fluidos-lab14.pdf 3. Físca Quinta Edición. (2003). En W. Buffa. México: Pearson Prentice Hall. 4. SLIDESHARE, publicado el 21 de diciembre de 2013,Teoría y ejemplo de ejercicios sobre calor latente [RECUPERADO EL 18 DE MARZO DEL 2015] http://es.slideshare.net/jamezrjc v/monografia-calor-latente29417440

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