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Solución del ejercicio n° 6 de cambio de estado, calor latente de vaporización y de fusión. Problema resuelto.Ejemplo, cómo calcular el calor absorbido o cedido en el cambio de estado
Problema n° 6 de cambio de estado
Problema n° 6
Calcular la cantidad de calor que absorberá 200 g de hielo que está a -8 °C para pasar a agua a 20 °C.
Desarrollo
Datos:
m = 200 g = 0,2 kg
ti = 0 °C
tf = 20 °C
cel = 1 kcal/kg·°C (calor sensible del agua líquida)
ces = 0,5 kcal/kg·°C (calor sensible del agua sólida)
cLF = 79,7 kcal/kg (calor latente de fusión)
PF = 0 °C
Fórmulas:
QS = ce·m·(tf - ti) (1)
QL = cL·m (2)
QT = QSS + QL + QSL (3)
Solución
Primero calculamos la cantidad de calor absorbida para alcanzar 0 °C utilizando la ecuación (1) y empleando el calor específico del hielo:
QS = ce·m·(tf - ti)
QS = (0,5 kcal/kg·°C)·0,2 kg·[0 °C - (-8 °C)]
Observar que el calor específico o sensible de agua líquida es distinto al del agua sólida (hielo).
QS = 0,1 (kcal/°C)·8 °C
QS = 0,8 kcal (calor absorbido por el hielo)
Ahora necesitamos calcular el calor necesario para la fusión del hielo, utilizamos la ecuación (2):
QL = cL·m
QL = (79,7 kcal/kg)·0,2 kg
QL = 15,94 kcal
El hielo ya está fundido, a continuación calculamos la cantidad de calor requerida para pasar de 0 °C a 20 °C, utilizamos nuevamente la ecuación (1) pero con el calor específico del agua líquida:
QS = (1 kcal/kg·°C)·0,2 kg·(20 °C - 0 °C)
QS = 0,2 (kcal/°C)·20 °C
QS = 4 kcal
Una vez calculado el calor absorbido en las distintas etapas solo falta realizar la sumatoria de éstos para hallar el resultado final:
QT = QSS + QL + QSL
QT = 0,8 kcal + 15,94 kcal + 4 kcal
Resultado, la cantidad de calor absorbe la masa de hielo es:
QT = 20,94 kcal
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Autor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
San Martín. Buenos Aires. Argentina.
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