CAMBIOS DE ESTADOS Y EQUILIBRIO TÉRMICO

CAMBIOS DE ESTADOS Y EQUILIBRIO TÉRMICO

CAMBIOS DE ESTADO

Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran.

FUSIÓN

Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde. Dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.

SOLIDIFICACIÓN

Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

CONDENSACIÓN

Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización.

SUBLIMACION

Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

SUBLIMACIÓN INVERSA

Es el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

EVAPORACIÓN

Es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras a ver adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial.

EQUILIBRIO TÉRMICO

¿QUE ES?

El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término.

La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la fórmula

Donde:

Q=es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en calorías.

M=es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos

Ce= es el calor específico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr º C

Δt=es la variación de temperatura = T f − T 0. Léase Temperatura final (T f) menos Temperatura inicial (T 0), y su fórmula es

EJERCICIOS

¿Cuál será la temperatura de una mezcla de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius y 50 gramos de agua a 40 grados Celsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C

El agua que está a 20º C ganará temperatura

El agua que está a 40º C perderá temperatura

Sabemos que para conseguir el equilibrio térmico (igualar las temperaturas) la cantidad de calor ganada por un cuerpo debe ser igual a la cantidad de calor perdida por el otro.

Entonces:

para los 50 gr de agua a 20º C tendremos Q 1 (cantidad de calor ganada)

 reemplazamos los valores y queda

  (Cantidad de calor ganada)

para los 50 gr de agua a  40º C tendremos Q 2 (cantidad de calor perdida)

Como Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)

Respuesta: La temperatura de equilibrio es 30 grados Celsius

¿Cuál será la temperatura final de una mezcla de 100 gramos de agua a 25 grados Celsius con 75 gramos de agua a 40 grados Celsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C

Los 100 gr de agua que están a 25º C ganarán temperatura

Los 75 gr de agua que están a 40º C perderán temperatura

Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)

Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de la mezcla es 31,43º C.

¿Cuál será la temperatura final de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius cuando se sumergen en ella 110 gramos de clavos de acero a 40 grados Celsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C

Capacidad calorífica específica del acero: 0.12 cal/grº C

Los 50 gr de agua que están a 20º C ganarán temperatura

Los 110 gr de clavos que están a 40º C perderán temperatura

Sabemos que Q 1 = Q 2 (calor ganado = calor perdido)

Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de los clavos en el agua será de 24.177º C.