Problema n° 6 de calor sensible y calor latente de fusión y de vaporización, cantidad de calor entregada para el cambio de estado - TP10
Enunciado del ejercicio n° 6
¿Cuánto calor se necesita para pasar 10 g de hielo a 0 °C a vapor a 100 °C?
Desarrollo
Datos:
m = 10 g = 0,010 kg
tᵢ = 0 °C
tf = 100 °C
cLF = 79,7 kcal/kg (*)
cLV = 539 kcal/kg (*)
Cₑ = 0,500 kcal/kg·°C (*)
(*) Datos de tabla: Calor sensible y calor latente de fusión y de vaporización.
Fórmulas:
Q = m·cₑ·(tf - tᵢ)
QLF = m·cLF
QLV = m·cLV
QT = ∑Q
Solución
Este problema consta de las siguientes etapas:
a) Calor de fusión a 0 °C constante hasta que se funda todo el hielo (QLF).
b) Calor sensible de 0 °C a 100 °C en estado líquido (QS).
c) Calor de vaporización a 100 °C constante hasta que se vaporice toda el agua (QLV).
QT = QLF + QS + QLV
a) Cálculo del calor de fusión:
QLF = m·cLF
Reemplazamos por los datos y calculamos:
QLF = 0,010 kg·79,7 kcal/kg
QLF = 0,797 kcal (calor necesario para fundir toda la masa de hielo)
b) Cálculo del calor sensible en estado líquido:
QSL = m·cₑₗ·(tf - tᵢ)
Reemplazamos por los datos y calculamos:
QSL = 0,010 kg·1,0 kcal/kg·°C·(100 °C - 0 °C)
QSL = 0,010 kcal·100
QSL = 1 kcal (calor necesario para aumentar la temperatura de la masa de agua de 0 °C a 100 °C)
c) Cálculo del calor de vaporización:
QLV = m·cLV
Reemplazamos por los datos y calculamos:
QLV = 0,010 kg·539 kcal/kg·°C
QLV = 5,39 kcal (calor necesario para vaporizar toda la masa de agua)
Finalmente sumamos todos los calores obtenidos en cada etapa:
QT = QLF + QS + QLV
Reemplazamos por los datos y calculamos:
QT = 0,797 kcal + 1 kcal + 5,39 kcal
QT = 7,187 kcal
Respuesta: el calor entregado es 7,2 kcal.
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina
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Ejemplo, cómo calcular la cantidad de calor entregada para el cambio de estado