Concepto de Calor Latente Investigación de Black Joseph



CONCEPTO DE CALOR LATENTE

CALOR LATENTE:  Cuando calentamos una substancia esperamos que su temperatura ascienda. Un termómetro colocado en una olla con agua sobre un calentador registrará un aumento gradual de la temperatura hasta llegar a los 100°C, en que el agua entra en ebullición. No hay más cambios de temperatura hasta que toda el agua se evapora, aunque el calentador siga suministrando calor. Este calor, que no se pone en evidencia por el aumento de temperatura, se denomina calor latente de vaporización del agua. Latente quiere decir «oculto».

Todo el calor que pasa al agua hirviendo se emplea en proveerla de la energía necesaria para transformarse en vapor. Las moléculas de vapor están mucho más alejadas entre sí que las del agua, y para separarlas es necesaria una cantidad de energía, que venza las fuerzas de atracción molecular.

Del mismo modo, todo el calor entregado al hielo se consume en transformarlo en agua, de modo que no queda calor disponible para elevar su temperatura.

Cada sustancia requiere calor «latente» para permitirle cambiar de estado sólido a estado líquido, o de líquido a gas.

Si el cambio de estado es de gas a líquido o de líquido a sólido, el calor «latente» es liberado.

Hablando en forma estricta, el calor latente se refiere a un gramo de substancia. Así el calor latente de vaporización del agua (calor latente del vapor) es la cantidad de calor necesaria para convertir un gramo de agua en vapor, sin cambio de temperatura.

Su valor es de casi 540 calorías. El calor latente de fusión del hielo es la cantidad de calor necesaria para convertir un gramo de hielo en agua, sin cambio de temperatura, y vale 80 calorías.

La nevera o heladera se basa en el calor latente de algún gas fácilmente licuable, como el amoníaco. Se comprime el gas y se lo convierte en un líquido. En este proceso el gas entrega su calor latente. El líquido se envía por tubos al gabinete.

Como en estos tubos la presión es menor, el líquido se gasifica nuevamente, tomando el calor necesario para este cambio de estado del gabinete y su contenido, y así hace bajar la temperatura del mismo.

La nafta volcada, sobre la piel da sensación de frío, porque se evapora rápidamente y absorbe calor latente.



Del mismo modo, la evaporación del sudor en los climas cálidos es el procedimiento que emplea la naturaleza para que mantengamos frescos nuestros cuerpos. Por otra parte, el calor latente liberado cuando se forma hielo en los grandes lagos de Estados Unidos es de gran utilidad para los fruticultores de la zona, porque evita las heladas.

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PRIMERAS INVESTIGACIONES EN CALORIMETRÍA

Una de las formas de energía más familiar para nosotros es el calor. Diariamente hacemos uso de él para calentar nuestra casa, para preparar la comida, etc. La energía calorífica es debida al movimiento de las moléculas y de los átomos. La experiencia nos enseña que la energía de un cuerpo puede transformarse en calor, siendo también posible que la energía térmica se convierta en trabajo, como sucede en los motores de explosión o en las máquinas térmicas. Por todo ello decimos que el calor es una forma de energía.

DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA: Actualmente, está muy bien determinada la diferencia entre calor y temperatura, a pesar de que algunos estudiantes puedan confundir estos dos conceptos. Calor es la energia necesaria para calentar un cuerpo y temperatura es una medida de su grado de calor. Cuanto mas energía entreguemos mas temperatura tendrá el cuerpo.

Para pensar este tema, imaginemos que debemos calentar 1 litro de agua de 10°C a 20°C, es decir , elevarla 10°C mas. Para lograrlo debemos entregar energía a esa masa de agua, por ejemplo colocarla sobre la hornalla de una cocina. Observaremos que a medida que pasa el tiempo el agua se pone mas caliente, por lo que podemos concluir que a medida que entregamos energía el agua aumenta su temperatura. Vemos que hay dos conceptos definidos por un lado la cantidad de energía o calor entregado y por otro la medida de su temperatura.

Si por ejemplo ahora tenemos que calentar 2 litros de agua de 10°C a 20°C, entonces necesitaremos el doble de energia entregada, para lograr la misma temperatura.

Para medir la energia entregada en forma de calor, se define la caloría que es la cantidad de calor necesaria para calentar de 14°C a 15 °C un gramo de agua. La unidad así definida corresponde a una cantidad de calor muy pequeña, por lo que, generalmente, en la práctica se utiliza la kilocaloría, que corresponde a 1.000 calorías.

Se usa por definción de  14 a 15°C solo como una medida de referencia, en realidad lo que
objetivamente se quiere indicar, es que el aumento sea de 1°C.

Para medir temperaturas utilizamos un termómetro con diversas escalas, pero la mas popular es grados centígrados o Celsius, creador de esta escala, que comienza a O° cuando el hielo se congela y finaliza en 100°C cuando el agua entra en ebullición.

La temperatura (la intensidad de calor) puede medirse fácilmente usando un termómetro.  Por el contrario, para la medida del calor (cantidad de energía entregada para calentar la materia) se usa la caloría.



HISTORIA: Hace unos 200 años, Joseph Black llevó a cabo una serie de experimentos muy importantes sobre la medida del calor y las relaciones entre el calor y la temperatura.

Joseph Black fisico

Demostró que el hielo en fusión y el agua hirviendo, que produce vapor, absorben grandes cantidades de calor, a pesar de que no hay cambios de temperatura. Introdujo el concepto de calor latente, con el que designó el calor necesario para producir esos cambios de estado.

grafica calor latente

Observe por ejemplo que cuando la temperatura llega a B, por mas que se sigua agregando calor, la temperatura
permanece constante hasta que no haya mas sustancia sólida. Lo mismo ocurre para que la sustancia
cambie de líquida a gaseosa.

La energía necesaria para que una sustancia cambie de estado es: Q = m. L
Donde m es la masa de la sustancia considerada y L es una propiedad característica de cada sustancia, llamada calor latente. El calor latente se mide en Joule/kg en unidades del SI.

Black también descubrió que se necesitan distintas cantidades de calor para producir las mismas elevaciones de temperatura en masas iguales de sustancias diferentes. Por ejemplo, para aumentar la temperatura del agua de 15° a 25° hace falta aplicar 1,7 veces más calor que para producir el mismo cambio de temperatura en una masa igual de alcohol.

Para explicar esta variación entre las diferentes sustancias, Black introdujo la idea de calor específico. Al realizar este trabajo, sentó las bases de la medida del calor —la calorimetría—, que sigue teniendo vigencia aún. Durante los 100 años anteriores, o más, los avances de la química habían estado obstaculizados por la teoría del flogisto. Sin embargo, como Black no aceptaba las teorías que no estuviesen apoyadas por pruebas experimentales, hizo varias aportaciones valiosas a la ciencia química.

calor latente

Black definió el «calor latente» como la cantidad de calor para cambiar de estado una sustancia

Hasta mediados del siglo XVIII, se sabía muy poco acerca de los gases y, de hecho, muchas personas aseguraban que sólo existía un gas (el aire). Un siglo antes (en 1640, para precisar más), van Helmont había descubierto el gas que hoy llamamos anhídrido carbónico; pero, a causa del incremento de la teoría del flogisto, no se llegó a comprender la importancia de este hallazgo.

Black redescubrió el anhídrido carbónico en 1754, haciendo experimentos con dos álcalis débiles: los carbonatas de magnesio y de calcio. Comprobó que cuando estas sustancias se calientan, cada una de ellas produce un álcali más fuerte, liberando, al mismo tiempo, aire fijo (o sea, el anhídrido carbónico). El peso del álcali fuerte es menor que el del álcali débil del que procede.



Joseph Black nació en 1728, en Burdeos (Francia), de padres que descendían de escoceses. Después de pasar seis años en la escuela en Belfast, en 1746, ingresó a la Universidad de Glasgow, para estudiar química y medicina. En 1756, llegó a ser profesor de anatomía y de química en Glasgow.

Al cabo de 10 años pasó a la cátedra de medicina y química de la Universidad de Edimburgo. Black era muy popular entre los estudiantes porque preparaba concienzudamente los cursos y sus clases estaban ilustradas con muchos experimentos.

Al mismo tiempo que hacía notables aportaciones a la química y a la física, encontró tiempo suficiente para ejercer la medicina. Murió apaciblemente, todavía ocupando su cátedra, a la edad de 71 años.

Calor especifico

También definió el calor especifico, para tener en cuenta las diferentes cantidades de calor necesarias para producir un mismo aumento de temperatura en masas iguales de distintas sustancias.

No todos los materiales cambian su temperatura con la misma facilidad, ya que las partículas que los forman y las uniones entre ellas son diferentes. El calor específico Informa sobre la mayor o menor facilidad de las sustancias para aumentar su temperatura. El calor específico de una sustancia, ce, es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de un kilogramo de dicha sustancia.

Algunos valores de calor específico expresado en: (Joule/Kg. °K)

Agua    4.180
Alcohol etílico    2.400
Hielo    2.090
Vapor de agua    1.920
Aire    1.000
Aceite    1.670
Aluminio    878
Vidrio    812
Arena    800
Hierro    460
Cobre    375
Mercurio    140
Plomo    125

Fuente Consultada:
Enciclopedia TECNIRAMA de la Ciencia y la Tecnología Fasc. N°112 Sabio Ilustre Joseph Black
Enciclopedia del Estudiante Tomo N°7 Física y Química

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