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Calor latente

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El calor latente es la cantidad de calor necesaria para que un material cambie de fase, es decir, pase de estado sólido a líquido, de líquido a gas o de sólido a gas. Se determina llevando a cabo el cambio de fase y midiendo tanto la energía requerida como la cantidad de material que experimenta dicho cambio.

En términos microscópicos, el calor latente corresponde a la energía necesaria para liberar una partícula (átomo o molécula) de un cristal, permitiendo que pase a formar parte de la fase líquida o gaseosa. De manera similar, en el caso de un líquido, es el calor necesario para que una partícula logre escapar de su superficie y se convierta en vapor.

>Modelo

ID:(661, 0)



Mecanismos

Iframe

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Código
Concepto

Mecanismos

ID:(15288, 0)



Calor latente

Imagen

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El principio de la medición del calor latente implica llevar a cabo el cambio de fase y medir la energía requerida, como se ilustra en la siguiente imagen:

De esta manera, es posible estimar la energía necesaria para evaporar una cantidad determinada de masa, lo que se traduce en la medición del calor latente, expresado en J/kg o J/mol.

ID:(13543, 0)



Medición de calor de evaporación

Imagen

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La medición del calor de evaporación se realiza calentando una muestra, lo que provoca su evaporación, mientras se registra la cantidad de calor suministrada a la muestra. Luego, se enfría el vapor generado y se lo hace condensar, midiendo la masa originalmente evaporada.



De esta manera, podemos calcular la energía necesaria para evaporar una masa determinada, lo que se expresa como calor latente ($L$) y se mide en julios por kilogramo (J/kg) o julios por mol (J/mol).

ID:(1662, 0)



Medición de calor de fusión

Imagen

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La medición del calor de evaporación se lleva a cabo calentando una muestra, lo que la hace evaporarse, mientras al mismo tiempo se mide el calor suministrado a la muestra. Luego, el vapor se enfría y se condensa, y se mide la masa que originalmente se evaporó.

Este proceso permite estimar la energía necesaria para evaporar una cantidad dada de masa, lo que corresponde al calor latente medido en J/kg o J/mol.

ID:(13541, 0)



Modelo

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Parámetros

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$L$
L
Calor latente
J/kg
$l_m$
l_m
Calor latente molar
J/mol
$m$
m
Masa de la partícula
kg
$\Delta m$
Dm
Masa evaporada
kg
$M_m$
M_m
Masa molar
kg/mol
$N_A$
N_A
Número de Avogadro
-
$n$
n
Número de moles
mol

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$\Delta Q$
DQ
Calor suministrado al liquido o solido
J
$N$
N
Número de partículas
-
$T$
T
Temperatura absoluta
K
$dS$
dS
Variación de la entropía
J/K

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación: a , luego, seleccione la variable: a

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Variable Dado Calcule Objetivo : Ecuación A utilizar




Ecuaciones

#
Ecuación

$ \Delta Q = L \Delta m$

DQ = L * Dm


$ \Delta Q = T dS $

dQ = T * dS


$ l_m \equiv\displaystyle\frac{ L }{ M_m }$

l_m = L / M_m


$ m \equiv \displaystyle\frac{ \Delta m }{ N }$

m = M / N


$ m =\displaystyle\frac{ M_m }{ N_A }$

m = M_m / N_A


$ n = \displaystyle\frac{ \Delta m }{ M_m }$

n = M / M_m


$ n \equiv\displaystyle\frac{ N }{ N_A }$

n = N / N_A

ID:(15346, 0)



Calor latente específico

Ecuación

>Top, >Modelo


La masa evaporada ($\Delta m$) se define utilizando el calor latente ($L$) y el calor de cambio de fase ($\Delta Q$) de la siguiente manera:

$ \Delta Q = L \Delta m$

$L$
Calor latente
$J/kg$
5238
$\Delta Q$
Calor suministrado al liquido o solido
$J$
10151
$\Delta m$
Masa evaporada
$kg$
5248

ID:(3200, 0)



Segunda ley de la termodinámica

Ecuación

>Top, >Modelo


El diferencial inexacto del calor ($\delta Q$) es igual a la temperatura absoluta ($T$) por la variación de la entropía ($dS$):

$ \Delta Q = T dS $

$ \delta Q = T dS $

$\delta Q$
$\Delta Q$
Calor suministrado al liquido o solido
$J$
10151
$T$
Temperatura absoluta
$K$
5177
$dS$
Variación de la entropía
$J/K$
5225

ID:(9639, 0)



Conversión calor latente molar

Ecuación

>Top, >Modelo


En muchas ocasiones, no se dispone del calor latente molar, sino del calor latente que se expresa, por ejemplo, en Joules por kilogramo (J/kg). Dado que la ecuación de presión de vapor trabaja con el calor latente molar, es necesario convertir el calor latente en calor latente molar. Como este último se refiere a la cantidad por mol, simplemente dividimos el calor latente ($L$) por la masa molar ($M_m$) para obtener el calor latente molar ($l_m$):

$ l_m \equiv\displaystyle\frac{ L }{ M_m }$

$L$
Calor latente
$J/kg$
5238
$l_m$
Calor latente molar
$J/mol$
9867
$M_m$
Masa molar
$kg/mol$
6212

En el caso del agua, el calor latente de evaporación es del orden de $L\sim 2.256\times 10^6 J/kg$, mientras que la masa molar es $M_m\sim 18 g/cm^3 = 0.018 kg/m^3$. De esta manera, obtenemos un calor latente molar de $L_m\sim 40600 J/mol = 40.6 kJ/mol$.

ID:(9273, 0)



Masa de la partícula

Ecuación

>Top, >Modelo


Si divide la masa ($M$) por el número de partículas ($N$) se obtiene la masa de la partícula ($m$):

$ m \equiv \displaystyle\frac{ \Delta m }{ N }$

$ m \equiv \displaystyle\frac{ M }{ N }$

$M$
$\Delta m$
Masa evaporada
$kg$
5248
$m$
Masa de la partícula
$kg$
5516
$N$
Número de partículas
$-$
6080

ID:(12829, 0)



Masa de la partícula y masa molar

Ecuación

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La masa de la partícula ($m$) puede estimarse a partir de la masa molar ($M_m$) y el número de Avogadro ($N_A$) mediante

$ m =\displaystyle\frac{ M_m }{ N_A }$

$m$
Masa de la partícula
$kg$
5516
$M_m$
Masa molar
$kg/mol$
6212
$N_A$
Número de Avogadro
6.02e+23
$-$
9860

ID:(4389, 0)



Número de moles

Ecuación

>Top, >Modelo


El número de moles ($n$) corresponde a el número de partículas ($N$) dividido por el número de Avogadro ($N_A$):

$ n \equiv\displaystyle\frac{ N }{ N_A }$

$N_A$
Número de Avogadro
6.02e+23
$-$
9860
$n$
Número de moles
$mol$
6679
$N$
Número de partículas
$-$
6080

ID:(3748, 0)



Número de moles con masa molar

Ecuación

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El número de moles ($n$) se determina dividiendo la masa ($M$) de una sustancia por su la masa molar ($M_m$), que corresponde al peso de un mol de la sustancia.

Por lo tanto, se puede establecer la siguiente relación:

$ n = \displaystyle\frac{ \Delta m }{ M_m }$

$ n = \displaystyle\frac{ M }{ M_m }$

$M$
$\Delta m$
Masa evaporada
$kg$
5248
$M_m$
Masa molar
$kg/mol$
6212
$n$
Número de moles
$mol$
6679

El número de moles ($n$) corresponde a el número de partículas ($N$) dividido por el número de Avogadro ($N_A$):

$ n \equiv\displaystyle\frac{ N }{ N_A }$



Si multiplicamos el numerador y el denominador por la masa de la partícula ($m$), obtenemos:

$n=\displaystyle\frac{N}{N_A}=\displaystyle\frac{Nm}{N_Am}=\displaystyle\frac{M}{M_m}$



Así que es:

$ n = \displaystyle\frac{ M }{ M_m }$

La masa molar se expresa en gramos por mol (g/mol).

ID:(4854, 0)