Fenómenos térmicos II

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FENÓMENOS TÉRMICOS II
CAMBIO DE FASE
FÍSICA
OBJETIVOS
 Comprender las condiciones para que 
ocurra un cambio de fase.
 Conocer los diferentes cambios de fase.
Como se denomina el
cambio de fase de solido
a vapor sin pasar por el
líquido?
¿Cómo ocurre este 
proceso de fusión 
del hielo?
 Aplicar las leyes del cambio de fase
¿Cuánto de calor se necesita 
para convertir a vapor 1L de 
agua? 
Fase o estado de agregación de una sustancia
Es aquella composición molecular homogénea que
presentan las sustancias. En este estado todas las
partes tienen iguales características y propiedades.
Los podemos encontrar como: sólido, líquido y
gaseoso.
Todas las
partes de
cada una de
las sustancias
tienen igual
composición
molecular y
propiedades.
La fase en la que se encuentra una sustancia pura esta
definida por un rango de presiones y temperaturas.
Por ejemplo:
Fases del agua a la P = 1 atm
0℃ 100℃sólido líquido
gas
Para T ≤ 𝟎℃ ; 𝑠𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑢𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑎
Para 𝟎℃ ≤ T ≤ 𝟏𝟎𝟎℃; 𝑠𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑢𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎
Para 𝟏𝟎𝟎℃ ≤ T; 𝑠𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑢𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑜𝑠𝑎 (𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟)
Cambio de fase
Es aquel fenómeno donde hay un cambio
en la forma física (ordenamiento molecular) de
un cuerpo o sustancia debido a la transferencia
de calor.
Los cambios de fase pueden ser:
FUSIÓN
EBULLICIÓN
CONDENSACIÓN
EVAPORACIÓN
Sublimación Sublimación inversa
Condiciones para el cambio de fase
Para que una sustancia pura pueda cambiar
de fase, debe encontrarse a determinadas
condiciones de presión y temperatura
denominadas condiciones de saturación.
Por ejemplo: Para el agua a la P = 1atm
 Para pasar de la fase sólida a la fase líquida 
(o viceversa), debe encontrarse a 0℃.
 Para pasar de la fase líquida a la fase gaseosa 
(o viceversa), debe encontrarse a 100℃.
Un huevo alcanza la cocción en
alrededor de 3 minutos estando a nivel
del mar (en agua hirviendo a una
temperatura de 100°C), sin embargo
estando a una altura mucho mayor se
necesitarán más de 3 minutos para que
se logre la cocción, debido a la
disminución en el punto de ebullición
del agua.
¿Dónde conviene cocinar los alimentos?
En la ciudad de la Paz de Bolivia (3900 metros de altura) 
la temperatura de ebullición es de 89.6 grados.
Ahora, si subimos el monte Everest (8848 metros de altura) la
temperatura de ebullición es de 86 °C.
Nota curiosa:
Ejemplos:
CALOR LATENTE DE TRANSFORMACIÓN (𝑳𝑻)
Es la cantidad de calor que se necesita para que cada
gramo de una sustancia saturada pueda cambiar de fase.
Este calor depende del tipo de sustancia así como del
respectivo cambio de fase.
unidad S.I: 
𝑱
𝒌𝒈
otra unidad: 
𝒄𝒂𝒍
𝒈
Para que 1 𝑔 de hielo (sólido) a 0 °𝐶 se transforme en
1 𝑔 de agua (líquido) a 0 °𝐶 , el hielo debe absorbe
𝟖𝟎 𝒄𝒂𝒍.
𝐿fusión = 𝐿solidificación = 80
𝑐𝑎𝑙
𝑔
Para que 1 𝑔 de agua (líquido) a 0 °𝐶 se transforme en
1 𝑔 de hielo (sólido) a 0 °𝐶 , el agua debe ceder 𝟖𝟎 𝒄𝒂𝒍.
Para que 1 𝑔 de agua (líquido) a 100 °𝐶 se transforme en
1 𝑔 en vapor de agua (gas) a 100 °𝐶 ,o viceversa, el agua
debe absorber 𝒐 𝒄𝒆𝒅𝒆𝒓 𝟓𝟒𝟎 𝒄𝒂𝒍.
𝐿vaporización = 𝐿condensación = 540
𝑐𝑎𝑙
𝑔
L=80 cal
L=80 calHIELO 
0°C
AGUA 
0°C
L=540 cal
L=540 cal
VAPOR
100°C
AGUA 
0°C
PARA EL AGUA A LA P = 1atm
𝑳𝑻 =
𝑸𝑻
𝒎
CALOR DE TRANSFORMACIÓN (𝑸𝑻)
Es la cantidad de calor que se necesita para que una
determinada masas de una sustancia saturada pueda
cambiar de fase.
𝑳𝑻 :Calor latente de transformación
𝒎 :masa que se transforma o que cambia de fase
Cuando una sustancia saturada absorbe calor, comienza en
esta un proceso de reordenamiento molecular, es decir su
estructura molecular comienza a cambiar, lo cual se
evidencia externamente como una cambio en su forma
física, es decir en su fase.
Observación:
Es importante tener presente que los diversos experimentos
ponen en evidencia que mientras dura el proceso de
reordenamiento molecular, la temperatura de la sustancia
se mantiene constante, por lo que podemos asegurar que el
cambio de fase es un proceso isotérmico.
𝑇 = 0°𝐶 𝑇 = 0°𝐶
𝑄𝑇
𝑇 = 100°𝐶 𝑇 = 100°𝐶
𝑄𝑇 Aplicación.
si queremos tomar gaseosa helada le agregamos un
cubito de hielo (10g) estando a 0°C , si luego se
derrite completamente ¿Cuánto calor ganó el cubito
para derretirse?
Resolución:
𝑸𝑻 = 𝒎𝑳𝑻
QT = mLT QT = 10(80)
QT = 800 cal
Aplicación 2:
En un recipiente de capacidad
calorífica despreciable hay 30 g de
hielo a −40°C, si se le quiere
trasformar en agua a temperatura de
50 °C, ¿Cuánto es la cantidad de calor
que se requiere?
Resolución:
𝑇0 = −40°𝐶 𝑇𝐹 = 50°𝐶
𝑄
30g de hielo
Piden 𝑄
Realicemos el diagrama lineal
−40°𝐶 0°𝐶 50°𝐶
𝑄1
𝑄2
𝑄3
El calor pedido es :
𝑄 = 600 + 2400 + 1500
Cálculo de 𝑄1 para el cambio de temperatura 
𝑄1 = 𝐶𝑒(ℎ𝑖𝑒𝑙𝑜)𝑚∆𝑇
𝑄1 =
𝑄1 = 600𝑐𝑎𝑙
Cálculo de 𝑄2 para el cambio de fase (fusión)
𝑄2 = 𝑚𝐿𝑓𝑢𝑠𝑖ó𝑛
𝑄2 =
𝑄2 = 2400cal
Cálculo de 𝑄3 para el 
cambio de temperatura 
𝑄3 = 𝐶𝑒(𝑎𝑔𝑢𝑎)𝑚∆𝑇
𝑄3 =
𝑄3 = 1500𝑐𝑎𝑙
…(1)
Reemplazando en (1)
𝑄 = 4500𝑐𝑎𝑙
𝑄 = 𝑄1 + 𝑄2 +𝑄3
(0,5)(30)(40)
30 (80)
1 (30)(50)
De la aplicación anterior
También se puede realizar una gráfica que
relacione la temperatura de la sustancia
mientras va absorbiendo calor para los
valores dados.
0
𝑇(°𝐶)
𝑄𝑎𝑏𝑠(𝑐𝑎𝑙)
−40
50
600
3000 4500
Cambio de
temperatura
Cambio de fase
Cambio de
temperatura
Según la gráfica se tiene:
A
B
C
D
AB: Cambio de temperatura del hielo, absorbió 600cal.
BC: Cambio de fase, absorbió 2400cal.
CD: Cambio de temperatura del agua, absorbió 1500cal.
𝑄𝑎𝑏𝑠 = 2400𝑐𝑎𝑙 𝑄𝑎𝑏𝑠 = 1500𝑐𝑎𝑙
Observación:
¿Cuántos gramos de vapor a 100 °C 
es necesario añadir a 60 g de agua 
a 10 °C para obtener una 
temperatura de equilibrio de 40 °C?
Aplicación 3:
Resolución: 100 °C
10 °C 40 °C
𝑄1
𝑄2𝑄3
Por el balance de energía:
𝑄1 = 𝑄2 + 𝑄3
𝐶𝑒(𝑎𝑔𝑢𝑎)𝑚1∆𝑇 =
1 60 30 =
1800 = 600𝑚𝑥
𝑚𝑥 = 3𝑔
𝑚𝑣𝑎𝑝 = 𝑚𝑥
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 60𝑔
𝑇𝑒𝑞 = 40 °𝐶
Piden 𝑚𝑥
Realizamos el diagrama lineal
𝑚𝑥𝐿𝑐𝑜𝑛𝑑 +𝐶𝑒(𝑎𝑔𝑢𝑎)𝑚𝑥∆𝑇
𝑚𝑥 540 + 1 𝑚𝑥(60)
Créditos: www.youtube.com/watch?v=K8xpkTbZ454&t=32s
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