Calor latente: definición, fórmula y ejemplos

Cambios de fase

Hervir una olla con agua no es tan simple como encender la estufa. A medida que aplica calor al agua, la temperatura aumenta hasta alcanzar los 100 grados Celsius, el punto de ebullición del agua. El agua permanecerá a esta temperatura hasta que toda el agua cambie de líquida a gaseosa. Durante este proceso, continúa agregando energía térmica al agua, pero la temperatura del agua no aumenta. ¿A dónde va esta energía? La respuesta está en el concepto de calor latente.

Para comprender este concepto de calor latente, primero debemos revisar los cambios de fase . Los cambios de fase se refieren a un cambio en la materia de un estado a otro. Los cambios de fase más familiares se observan en los diferentes estados del agua, como congelar el agua líquida para crear hielo o hervir el agua líquida para crear un gas. Como puede ver, el calor juega un papel importante en el cambio de materia de una fase a otra.

Definición de calor latente

Normalmente, cuando se agrega o elimina energía térmica a un objeto, la temperatura del objeto cambia; sin embargo, durante los cambios de fase, la temperatura de un objeto permanece constante. La temperatura sigue siendo la misma porque se requiere energía para que un objeto cambie de fase.

El calor latente es la energía térmica por unidad de masa necesaria para que se produzca un cambio de fase. Si pensamos en sustancias a nivel molecular, las moléculas gaseosas tienen más vibración que las moléculas líquidas. Entonces, cuando agrega calor a un líquido, en realidad está haciendo que las moléculas vibren. El calor latente es la energía necesaria para cambiar el movimiento molecular. Cada sustancia tiene un valor calorífico latente único.

Fórmula para el calor latente

La fórmula del calor latente es:

Q = m * L

Esta ecuación relaciona el calor Q que debe agregarse o eliminarse para que un objeto de masa m cambie de fase. El calor latente individual del objeto se indica mediante L. La unidad de calor latente es J / kg.

Los valores de calor latente son variables según la naturaleza del cambio de fase que se está produciendo:

• El calor latente de fusión es el cambio de líquido a sólido.
• El calor latente de vaporización es de líquido a gas.
• El calor latente de la sublimación es el cambio de sólido a gas.

Ejemplos de calor latente

En el ejemplo anterior de agua hirviendo, sabemos que debemos continuar agregando energía térmica al agua antes de que toda el agua líquida se convierta en vapor. El calor latente de vaporización del agua es 22,6 x 10 ^ 5 J / kg. Esto significa que se deben agregar 22,6 x 10 ^ 5 J de energía térmica para convertir un kilogramo de agua de líquido a gas a 100 grados Celsius.

Este gráfico muestra cómo cambia la temperatura del agua con el calor añadido. Durante los cambios de fase, marcados por los recuadros azules, la temperatura no aumenta a pesar de que se agrega energía adicional. Esta energía adicional se destina a superar el calor latente del agua.

Si bien el calor latente no es fácilmente visible, es la causa de muchos fenómenos comunes. El calor latente es la razón por la que la sudoración funciona para enfriar la piel. Cuando la temperatura ambiente es alta, su cuerpo produce precipitaciones en la piel. Este sudor elimina parte del calor de su cuerpo a medida que se evapora. El calor que elimina es el calor latente necesario para cambiar el sudor de líquido a gas.

El calor latente también es importante para la creación de cúmulos que preceden a las tormentas eléctricas. A medida que el agua gaseosa sube a la atmósfera, se enfría y se condensa en un líquido. Este cambio de gas a agua líquida libera calor del gas. Debido a que el aire caliente se eleva, este calor liberado calienta la nube, lo que hace que se eleve más y, por lo tanto, se condense más agua. Esta liberación de calor latente durante la condensación de agua de las nubes hace que las nubes sigan creciendo, formando tormentas inestables.

El calor latente causado por la condensación del agua ayuda a impulsar la convección que hace que las tormentas crezcan tanto.

Resumen de la lección

El calor latente es una fuerza impulsora de muchos de los fenómenos comunes que observamos durante los cambios de fase , como la temperatura estable del agua hirviendo. Para que la materia cambie de fase, se debe agregar o eliminar suficiente calor para que cambie la estructura física de la sustancia, que es el calor latente de la sustancia. El calor necesario para impulsar un cambio de fase depende en última instancia del calor latente y de la masa del objeto.

Términos clave

• Cambio de fase: un cambio en la materia de un estado a otro.
• Calor latente: la energía térmica por unidad de masa necesaria para que se produzca un cambio de fase.
• Calor latente de fusión: cambio de fase de líquido a sólido
• Calor latente de vaporización: cambio de fase de líquido a gas
• Calor latente de sublimación: cambio de fase de sólido a gas

A medida que el agua hierve, pasa por el calor latente de vaporización, cambiando de líquido a gas.

Los resultados del aprendizaje

Repase la lección sobre el calor latente y prepárese mejor para:

• Definir el término ‘calor latente’
• Enumere los tres valores de calor latente
• Escribe la fórmula matemática para calcular el calor latente
• Recuerde algunos ejemplos de calor latente