Calor latente: Qué es, fórmula y ejercicios

Calor latente: Qué es, fórmula y ejerciciosEl químico británico Joseph Black introdujo el concepto de calor latente entre 1750 y 1762. Proviene del latín latere (‘al lado’).

El calor latente específico (L) se define como la cantidad de energía térmica (calor, Q) que se absorbe o libera cuando un cuerpo se somete a una temperatura constante.

Este es el calor que se libera durante la transición de una sustancia de un estado de fase a otro, es decir, de un estado líquido a un estado sólido o de un estado gaseoso a un líquido.

Calor latente, también llamado calor de transformación, es una cantidad física que se refiere a la cantidad de calor que recibe o da un cuerpo a medida que cambia su estado físico.

Calor latente: Concepto y tipos

Como ejemplo, podemos pensar en un cubo de hielo derritiéndose. Cuando comienza a cambiar del estado físico (sólido a líquido), la temperatura del agua permanece igual en ambos estados.

Un ejemplo es el proceso de evaporación, que consume más calor. Cuando el agua alcanza su punto de ebullición, su temperatura no aumenta más. El hecho es que el calor adicional llega a la ebullición, es decir, a la evaporación del agua. Se necesita unas seis veces más calor para evaporar cierta cantidad de agua que para elevar la temperatura de la misma cantidad de agua de congelación a ebullición. Si luego se condensa el vapor, se liberará la misma cantidad de calor. El calor contenido en este proceso y que no conduce a cambios de temperatura se denomina calor latente (específico). La congelación y el derretimiento de la materia también están asociados con el calor latente.

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Formula

Para calcular el calor latente se usa la fórmula:

Q = m. L

Donde

Q: Cantidad de calor (cal o J)
m: Masa (gr o kg)
L: Calor latente (cal/gr o J/kg)

En el Sistema Internacional (SI), el calor latente se da en J/kg (Joule por kilogramo). Pero también se puede medir en cal / gr (calorías por gramo).

Tenga en cuenta que el calor latente puede tener valores negativos o positivos. Por lo tanto, si la sustancia está dando calor, su valor será negativo (proceso exotérmico). Esto ocurre en la solidificación y licuefacción.

Por otro lado, si está recibiendo calor, el valor es positivo (proceso endotérmico). Esto ocurre en fusión y en vaporización.

Los tipos más comunes de procesos a temperatura constante son las transiciones de fase: como fusión, congelación, evaporación o condensación. La energía se considera «oculta» porque está esencialmente oculta dentro de las moléculas hasta que ocurre una transición de fase. Es «específico» porque se expresa en unidades de energía por unidad de masa. Las unidades más comunes para el calor latente específico son julios por gramo (J/g) y kilojulios por kilogramo (kJ/kg).

El calor latente y el calor sensible son dos tipos de transferencia de calor entre un objeto y su entorno. Se compilan tablas para el calor latente de fusión y el calor latente de vaporización. El calor aparente, a su vez, depende de la composición del cuerpo.

  • Calor latente de fusión.
  • Calor latente de vaporización.
  • Calor sensible.

Calor latente vaporizado

El calor latente de vaporización es el calor absorbido o liberado durante la evaporación de una sustancia que pasa de una fase líquida a una fase gaseosa a una temperatura constante.

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En el calor latente se produce el cambio de estado físico. Es decir, la sustancia puede pasar de sólido a líquido, de líquido a gas, y viceversa.

Cuando el cambio es de fase líquida a la fase gaseosa el calor latente se llama calor de vaporización (Lv).

El calor latente de la vaporización del agua es de 540 cal/g. Es decir, se requieren 540 cal para evaporar 1 g de agua a 100ºC.

En este caso, la cantidad de calor requerida (Q) es proporcional a la masa de la sustancia (m):

Q = Lv. m

Donde

Lv: Constante
Q = Energía térmica
m = Masa
Lv = Calor de Vaporización

Calor Específico

El calor específico es el calor absorbido o liberado cuando una sustancia se funde, en la que la fase cambia de sólido a líquido a una temperatura constante.

El calor específico es la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de 1 °C de 1 g del elemento. Cada elemento tiene un calor específico.

Se calcula mediante la fórmula:

c = Q / m. Δθ o c = C / m

Donde
c: Calor específico (cal/g °C o J/kg.⁰C)
Q: Cantidad de calor (cal o J)
m: Masa (gr o kg)
Δθ: Rango de temperatura (°C o kg)
C: Capacidad térmica (cal/°C o J / k)

A diferencia del calor latente, el calor específico considera la variación de temperatura (temperatura final menos temperatura inicial) que ocurre en el cuerpo.

Calor sensible

Aunque el calor sensible a menudo se denomina calor latente, esta no es una situación de temperatura constante y una transición de fase. El calor sensible refleja la transferencia de calor entre una sustancia y el medio ambiente. Este es el calor que se puede «sentir» como un cambio en la temperatura de un objeto.

Además del calor específico, calor sensible también provoca cambios de temperatura. Es una cantidad diferente del calor latente porque cambia la temperatura y no el cambio de estado.

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Un ejemplo es cuando calentamos una barra de metal. El resultado será observado por el aumento de la temperatura del material, sin embargo, su estado sólido no cambia.

Para calcular el calor sensible se usa la siguiente fórmula:

Q = m. c. Δθ

Q: Cantidad de calor sensible (cal o J)
m: Masa corporal (gr o kg)
c: Calor específico de la sustancia (cal/  °C o J/kg. °C)
Δθ: Rango de temperatura (°C o K)

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1. Un cubo de hielo en masa de 100 g, inicialmente a una temperatura de – 20 °C, se calienta a agua a 40 °C (datos: calor de hielo específico 0,50 cal/g °C; calor específico del agua 1.0 cal/g °C; calor de fusión del hielo 80 cal/g). Las cantidades de calor sensible y calor latente intercambiadas en esta transformación en calorías fueron, respectivamente:

a) 8,000 y 5,000
b) 5,000 y 8,000
c) 5,000 y 5,000
d) 4,000 y 8,000
e) 1,000 y 4,000

2. El calor de fusión específico latente del hielo es de 80 cal/g. Para derretir una masa de hielo de 80 g sin variación de temperatura, la cantidad de calor latente requerida es:

a) 1.0 cal
b) 6.4 cal
c) 1.0 kcal
d) 64 kcal
e) 6.4. 103cal

3. El agua está disponible a 80 °C y el hielo a 0 °C. Se desean 100 gramos de agua a una temperatura de 40 °C (después del equilibrio) mezclando agua y hielo en un recipiente aislante de capacidad térmica insignificante. Se sabe que el calor específico de fusión del hielo latente es de 80 cal/g y el calor específico sensible del agua es de 1,0 cal/g °C. La masa de hielo a utilizar es:

a) 5.0g
b) 12,5 g
c) 25g
d) 33g
e) 50g

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