Ejercicio 5 (continuación): Curva de calentamiento del agua
A partir de las gráficas de laboratorio expuestas, se responden las siguientes preguntas:
a) En la fase 1 existen 300 ml o gramos de hielo. Determino el calor existente para el cambio de temperatura de -25°C a -10°C.
Q_1 = m \cdot c_{hielo} \cdot \Delta T = 300\,\text{g} \times 0{,}5\,\frac{\text{cal}}{\text{g}\cdot°C} \times (-10 - (-25))°C = 300 \times 0{,}5 \times 15 = 2250\,\text{cal}
[Espacio para desarrollo]
b) Observo ¿qué sucede en la fase 2? e indico el cambio de temperatura, y ¿qué sucede con el líquido? Argumento mi respuesta.
[Espacio para desarrollo: En FASE 2 ocurre la fusión. La temperatura permanece constante a 0°C mientras el hielo se convierte en agua líquida. El calor aportado se usa en romper los enlaces del cristal de hielo (calor latente), no en aumentar la temperatura.]
[Espacio para desarrollo]
c) Si la masa total se transformó en líquido, señalo ¿cuál es la ecuación para el calor de fusión? Calculo este calor para los 300 gramos.
Q_{fusion} = m \cdot L_f = 300\,\text{g} \times 80\,\frac{\text{cal}}{\text{g}} = 24\,000\,\text{cal} = 24\,\text{kcal}
[Espacio para desarrollo]
d) Calculo el calor que existe en la fase 3, en la transición de temperatura de 5°C a 90°C para los 300 gramos.
Q_3 = m \cdot c_{agua} \cdot \Delta T = 300\,\text{g} \times 1\,\frac{\text{cal}}{\text{g}\cdot°C} \times (90 - 5)°C = 300 \times 85 = 25\,500\,\text{cal}
[Espacio para desarrollo]
e) Calculo la potencia del mechero si para elevar la temperatura de 5°C a 90°C se demora 10 segundos.
P = \frac{Q}{t} = \frac{25\,500\,\text{cal}}{10\,\text{s}} = 2550\,\frac{\text{cal}}{\text{s}} \approx 10\,674\,\text{W}
[Espacio para desarrollo]
f) Describo la fase 4 e indico cuál es el cambio de estado.
[Espacio para desarrollo: FASE 4 corresponde a la vaporización (ebullición). El agua líquida pasa a vapor de agua (gas). La temperatura permanece constante a 100°C. Hay coexistencia de líquido+gas.]
[Espacio para desarrollo]
g) Determino ¿cuál es la ecuación del calor para la fase 4?
Q_{vaporizacion} = m \cdot L_v
donde L_v(agua) = 540\,\text{cal/g} = 2{,}26 \times 10^6\,\text{J/kg}
[Espacio para desarrollo]
