Transferencia De Calor

El agua muy pura puede enfriarse varios grados por debajo del punto de congelación sin congelarse; el estado inestable que resulta se describe como sobre enfriado. Si se introduce un cristal de hielo o se agita el agua, se cristalizará en un segundo o menos. El vapor de agua sobreenfriado se condensa en neblina si se introduce una alteración, como partículas de polvo o radiación ionizante. Se usa este principio para “sembrar” nubes que a menudo contiene vapor sobreenfriado, y causar condensación y lluvia.

A veces es posible sobrecalentar un líquido por encima de su temperatura de ebullición normal. También, una pequeña alteración como una agitación o el paso de una partícula cargada por el material causa ebullición local con formación de burbujas. Los sistemas de calefacción por vapor de agua usan un proceso de ebullición—condensación para transferir calor de la caldera a los radiadores. Cada Kg. de agua convertido en vapor en la caldera absorbe más de 2 x 106J (el calor de vaporización LV del agua) de la caldera y lo cede al condensarse en los radiadores. También se usan procesos de ebullición—condensación en los refrigeradores, acondicionadores de aire y bombas de calor.

Problemas de calorimetría

Estrategias para resolver problemas

1. Para evitar confusión con los signos al calcular cantidades de calor, use las Ecs. (15-13) y (15-20) coherentemente para cada cuerpo, recordando que Q es positiva si entra en un cuerpo y negativa si sale. La suma algebraica de todas las Q debe ser cero.

2. Muchas veces habrá que calcular una temperatura desconocida. Represéntela con el símbolo T. Así, si un cuerpo tiene una temperatura inicial de 20 º C y una temperatura final T desconocida, el cambio de temperatura será

∆T final = T inicial= T – 20ºC (no 20ºC- T)

3. En problemas en los que hay cambios de fase, como hielo que se derrite, tal vez no se sepa anticipadamente si todo el material cambia de fase o sólo una parte. Siempre puede suponerse una cosa o la otra y si se obtiene un resultado absurdo (como una temperatura final más alta o más baja que todas las temperaturas iniciales), sabrá que el supuesto inicial era erróneo.

¡Inténtelo otra vez!

Ejemplo 1

Cambio de temperatura sin cambio de fase Una geóloga en el campo bebe su café matutino en una taza de aluminio. La taza tiene una masa de 0.120Kg e inicialmente está a 20ºC. Cuando se vierte en ella 0.300Kg de café inicialmente a 70 ºC. ¿Qué temperatura alcanzan la taza y el café en equilibrio térmico? ( Suponga que la capacidad calorífica del café es la del agua y que no hay intercambio de calor con el entorno)

Solución No ocurre cambio de fase en esta situación, así que solo necesitamos la aplicar la ecuación de cambio de fase. Sea la temperatura final T.

Usando la tabla de calor latente, el calor (negativo) ganado por el

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