¿Qué son las curvas de calefacción y refrigeración?

¿Qué son las curvas de calefacción y refrigeración?

¿Qué sucede cuando dejas una taza de hielo sobre la encimera durante varios minutos? ¡Se derrite, por supuesto! El aumento de temperatura hace que el agua cambie de sólido a líquido. ¿Qué pasa cuando viertes esa taza de agua en una olla en la estufa y la dejas cocinar por varios minutos? Hierve! Una vez más, el aumento de temperatura hace que el agua cambie de fase, esta vez de un estado líquido a un estado gaseoso.

En el mundo de la ciencia, utilizamos curvas de calentamiento y enfriamiento para modelar tales cambios físicos. Una curva de calentamiento o enfriamiento es un gráfico de líneas simple que muestra los cambios de fase que experimenta una sustancia dada al aumentar o disminuir la temperatura.

Interpretación de la curva: calefacción

En una curva de calentamiento y enfriamiento, como la genérica que se muestra arriba, la temperatura se mide en el eje y vertical y la cantidad de calor agregado a lo largo del tiempo se mide en el eje x horizontal. Para la curva de calentamiento y enfriamiento de cualquier sustancia dada, la fase sólida de esa sustancia se representará en la esquina inferior izquierda del gráfico, donde la temperatura es la más baja y la cantidad de calor agregado también es relativamente pequeña.

Fase sólida : si comenzamos en la fase sólida y seguimos el gráfico de izquierda a derecha a lo largo del eje x (en la dirección de las flechas rojas), notamos que a medida que se agrega más calor con el tiempo, la temperatura aumenta constantemente hasta que El gráfico finalmente alcanza su primera meseta. En la figura, este aumento constante de temperatura está marcado por el área del gráfico con una pendiente positiva y creciente etiquetada como “sólido”. Aquí, aunque se agrega calor y la temperatura de la sustancia aumenta, la sustancia permanece en la fase sólida hasta que la temperatura se vuelve lo suficientemente alta como para comenzar a derretir el sólido.

Fusión : La temperatura a la que una sustancia cambia de su fase sólida a su fase líquida se conoce como punto de fusión . En la figura anterior, el punto de fusión se observa en la primera meseta, o línea plana, por encima de la fase sólida. Aquí, la sustancia existe como una mezcla de las fases sólida y líquida, y la temperatura permanece sin cambios (incluso cuando se agrega calor) hasta que toda la sustancia se ha derretido.

Fase líquida : cuando toda la sustancia se ha derretido, la única fase presente es líquida, y la temperatura seguirá aumentando una vez más a medida que se agrega calor. En la figura anterior, este segundo aumento constante de temperatura está marcado por el área del gráfico con una pendiente positiva y creciente etiquetada como “líquido”. Aquí, aunque se agrega calor y la temperatura de la sustancia aumenta, la sustancia permanece en la fase líquida hasta que la temperatura se vuelve lo suficientemente alta como para comenzar a vaporizar el líquido.

Vaporización : La temperatura a la que una sustancia cambia de su fase líquida a su fase gaseosa se conoce como punto de ebullición . El punto de ebullición se observa en la línea de nivel por encima de la fase líquida. Aquí, la sustancia existe como una mezcla de las fases líquida y gaseosa, y la temperatura permanece sin cambios (incluso cuando se agrega calor) hasta que se ha evaporado toda la sustancia.

Fase gaseosa: cuando toda la sustancia se ha evaporado, la única fase presente es el gas, y la temperatura seguirá aumentando una vez más a medida que se agrega calor. En la figura anterior, este tercer aumento constante de temperatura está marcado por el área del gráfico con una pendiente positiva y creciente etiquetada como “gas”.

Interpretación de la curva: enfriamiento

Al estudiar la misma curva desde la perspectiva del enfriamiento, observaremos esos mismos cambios de fase, solo en la dirección inversa.

Si comenzamos en la fase gaseosa y seguimos el gráfico de derecha a izquierda a lo largo del eje x (en la dirección de las flechas azules), notamos que a medida que se elimina más calor con el tiempo, la temperatura disminuye constantemente hasta que el gráfico finalmente alcanza su primera meseta.

Fase gaseosa: en la figura anterior, esta caída constante de temperatura está marcada por el área inclinada del gráfico etiquetado como “gas”. Aquí, aunque se elimina el calor y la temperatura de la sustancia desciende, la sustancia permanece en la fase gaseosa hasta que la temperatura se enfría lo suficiente como para comenzar a condensar las moléculas de gas.

Condensación : La temperatura a la que una sustancia cambia de su fase gaseosa a su fase líquida se conoce como punto de condensación . En la figura, el punto de condensación se observa en la primera meseta, o línea plana, debajo de la fase gaseosa. Aquí, la sustancia existe como una mezcla de las fases gaseosa y líquida, y la temperatura permanece sin cambios (incluso cuando se elimina el calor) hasta que toda la sustancia se ha condensado.

Fase líquida : cuando toda la sustancia se ha condensado, la única fase presente es líquida y la temperatura continuará disminuyendo una vez más a medida que se elimina el calor. En la figura, esta segunda caída constante de temperatura está marcada por el área inclinada del gráfico etiquetado como “líquido”. Aquí, aunque se elimina el calor y la temperatura de la sustancia desciende, la sustancia permanece en la fase líquida hasta que la temperatura se enfría lo suficiente como para comenzar a congelar el líquido.

Congelación : La temperatura a la que una sustancia cambia de su fase líquida a su fase sólida se conoce como punto de congelación . En la figura, el punto de congelación se observa en la línea de nivel debajo de la fase líquida. Aquí, la sustancia existe como una mezcla de las fases líquida y sólida, y la temperatura permanece sin cambios (incluso cuando se elimina el calor) hasta que toda la sustancia se ha solidificado.

Fase sólida : cuando toda la sustancia se ha solidificado, la única fase presente es sólida y la temperatura seguirá bajando una vez más a medida que se elimina el calor. En la figura, esta tercera disminución constante de la temperatura está marcada por el área inclinada del gráfico etiquetado como “sólido”.

Resumen de la lección

Revisemos. Una curva de calentamiento o enfriamiento es un gráfico de líneas simple que muestra los cambios de fase que experimenta una sustancia dada al aumentar o disminuir la temperatura. Las áreas inclinadas del gráfico representan una sola fase (sólida, líquida o gaseosa), mientras que las áreas planas del gráfico representan una mezcla de fases a medida que la sustancia sufre cambios físicos de forma activa.