LICEO BICENTENARIO ÓSCAR CASTRO ZÚÑIGA DOCENTE: TANIA J.

VILLA SILVA
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA Y FÍSICA NIVEL: CUARTO MEDIO DIFERENCIADO

GUÍA N°6: CALOR LATENTE Y CAMBIO DE FASE

NOMBRE ESTUDIANTE: CURSO: TIEMPO DE ESTUDIO Y DESARROLLO:
1/junio – 5/junio
APRENDIZAJE ESPERADO: Reconocen que la materia posee OBJETIVO DE LA CLASE:
cierta cantidad de energía interna basándose en los cambios Asociar las variaciones de energía internas con los
que ésta experimenta cuando se realiza trabajo sobre ella o cambios de fase y las variaciones de temperatura.
cambia su temperatura
INSTRUCCIONES GENERALES
➢ En la siguiente guía se presenta el contenido, ejercicios resueltos y ejercicios propuestos de la “calor
latente y cambios de fase”
➢ De dicha guía, debe estudiar y desarrollarla en su cuaderno (NO enviar desarrollo al correo del
profesor(a) de física).
➢ Las dudas que surjan, puede consultarlas por medio del correo oficial del curso, a la profesora Tania
Villa Silva (tania.villa@liceooscarcastro.cl)
➢ El tiempo que debe destinar para el estudio y desarrollo será desde el 1 de junio hasta el 5 de junio de
2020.
➢ La retroalimentación de la guía se enviará al correo oficial de cada curso, el 5 de junio de 2020.
➢ Cuando se retorne a clases presenciales, la o el profesor(a) revisarán su cuaderno, con todos los
desarrollos, con el fin de evaluar proceso con una nota acumulativa.

NOTA IMPORTANTE: El material anterior, el control, debía desarrollarse en una hoja aparte del cuaderno
para su revisión al retomar las clases. Los controles se irán sumando para obtener luego, una nota
promedio

I. Parte Conceptual
Hemos visto en las guías anteriores, en las que hablamos de calor, que este es una transferencia
de energía que se produce entre cuerpos a diferente temperatura y que ocurre fluyendo desde
el de mayor temperatura al de menor, hasta que se alcanza un equilibrio térmico, es decir,
igualdad de temperaturas.

La pregunta a la que responderemos en esta guía es, ¿un intercambio de energía por calor
genera siempre una variación en la temperatura del otro cuerpo?

La respuesta a la pregunta anterior es no. Veremos que cuando hay transferencia de energía
por calor, ello no siempre implicará un cambio en la temperatura del cuerpo. Lo analizaremos
pensando en un hielo y lo que ocurrirá con él si lo exponemos a alguna fuente de calor.

Entonces, tenemos un cubo de hielo a 0°C, le proveemos calor. Este hielo en primer lugar usará
la energía para derretirse, luego de convertido en agua, si seguimos entregando calor,
aumentará su temperatura, pero ello podrá hacerlo solo hasta los 100°C, pues luego de eso el
agua comenzará a convertirse en vapor.

Calor Latente y Cambio de Fase.

Cuando se transfiere energía pueden producirse variaciones de temperatura, pero de acuerdo
con las características físicas de algunos elementos es posible que cambien de una forma a otra,
lo que se conoce como cambio de fase. Algunos cambios de fase comunes son de sólido a líquido

1
(fusión), de líquido a gas (ebullición) y un cambio de estructura cristalina de un sólido. En todos
estos cambios de fase aparece un cambio de energía interna, pero no de temperatura.

La energía 𝑄 necesaria para cambiar la fase de una sustancia pura es

𝑄 = ±𝑚𝐿

Donde 𝐿 es el llamado calor latente de la sustancia y depende de la naturaleza de la fase de

cambio, así como de la sustancia y m es la masa de la sustancia.

𝐽
La unidad de medida del calor latente es (𝑘𝑔). El signo positivo se elige cuando la energía es
absorbida por una sustancia, como cuando el hielo se derrite. El signo negativo se elige cuando
la energía es removida de una sustancia, como cuando el vapor se condensa en agua.

El calor latente de fusión 𝑳𝒇 se utiliza cuando un cambio de fase ocurre durante una fusión o un
congelamiento, mientras que el calor latente de evaporación 𝑳𝒗 se utiliza cuando un cambio de
fase ocurre durante una ebullición o la condensación.

Cada sustancia requerirá de diferentes cantidades de energía para ir de un estado a otro, a

continuación, se enlistan algunos calores latentes de fusión y evaporación.
Sustancia Punto de Calor Latente de Punto de Calor latente de
Fusión (°𝐶) 𝐽 Ebullición 𝐽
Fusión ( ) evaporación ( ).
𝑘𝑔 𝑘𝑔

Helio −269,65 5,23 ∙ 103 −268,93 2,09 ∙ 104

Nitrógeno −209,97 2,55 ∙ 104 −195,81 2,01 ∙ 105

Oxígeno −218,79 1,38 ∙ 104 −182,97 2,13 ∙ 105

Alcohol etílico −114 1,04 ∙ 105 78 8,54 ∙ 105

Agua 0.00 3,33 ∙ 105 100 2,26 ∙ 106

Azufre 119 3,81 ∙ 104 444,60 3,26 ∙ 105

Plomo 327,3 2,45 ∙ 104 1750 8,70 ∙ 105

Aluminio 660 3,97 ∙ 105 2450 1,14 ∙ 107

Plata 960,80 8,82 ∙ 104 2193 2,33 ∙ 106

Oro 1063,00 6,44 ∙ 104 2660 1,58 ∙ 106

Cobre 1083 1,34 ∙ 105 1187 5,06 ∙ 106

2
 II. Parte Procedimental.

1. Estudiaremos la física de los cambios de fase de un cubo de hielo de 1 𝑔𝑟 que

inicialmente está a −30°𝐶 en un recipiente a presión constante. Supondremos que la
energía que se le provee es usada para convertir el hielo en vapor de agua a 120°C.
Consulta la tabla de calores específicos de distintas sustancias en la guía 5.

El proceso estará compuesto por varias partes:

1. El hielo sube su temperatura desde −30°𝐶 hasta los 0°𝐶,

La energía que se requiere se obtiene subir la temperatura se obtendrá usando la
ecuación que involucra la masa, el calor específico y la variación de temperatura:
𝑄 = 𝑚𝑐ℎ𝑖𝑒𝑙𝑜 ∆𝑇
𝑄 = 1 ∙ 10−3 ∙ 2090 ∙ (0 − (−30))
𝑄 = 62,7 𝐽

2. El agua hielo en 0°C comienza a derretirse, por lo que la energía se usa para ese
“cambio de fase”
En este caso la energía necesaria se obtendrá considerando que hay un cambio de
fase involucrado, por lo tanto, no hay aumento de temperatura, la ecuación que
usaremos será:

𝑄 = 𝑚𝐿𝑓

𝑄 = (1 ∙ 10−3 )( 3,33 ∙ 105 )

𝑄 = 333 (𝐽)

3. En esta parte (3) el agua que “nació” en la fase (2) debe subir su temperatura hasta
los 100°C.
En este proceso no hay cambio de fase, pero si aumento de temperatura, por lo que
calcularemos la cantidad de energía necesaria como:
𝑄 = 𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎 ∆𝑇
𝑄 = 1 ∙ 10−3 ∙ 4186 ∙ (100 − 0)
𝑄 = 418,6 𝐽

4. Cuando el agua alcanzó los 100°C comienza un nuevo cambio de fase, en la que el agua
a 100°C comienza a evaporarse, por lo que acá ocurre un nuevo cambio de fase.

Tenemos agua a 100°C, por lo que comienza la evaporación que es un cambio de fase, así
calculamos la cantidad de energía:

𝑄 = 𝑚𝐿𝑓

𝑄 = (1 ∙ 10−3 )( 2,26 ∙ 106 )

𝑄 = 2,26 ∙ 103 (𝐽)

3
 5. El vapor comienza a subir su temperatura desde los 100°C hasta los 120°C

En este caso la energía se usará para aumentar la temperatura, por lo que calculamos
como:

𝑄 = 𝑚𝑐𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 ∆𝑇
𝑄 = (1 ∙ 10−3 ) ∙ (2,01 ∙ 103 ) ∙ (120 − 100)
𝑄 = 40,2 𝐽

La cantidad de energía que se usará para poder transformar hielo a (-30°C) en vapor de
agua a (120°C) será la suma de las energías de cada proceso (marcados en amarillo), así
entonces necesitaremos 𝑄 = 3,11 ∙ 103 (𝐽)

III. Parte Ejercitación.

1. Se arrastra una caja de 30 kg sobre 2. Un recipiente de capacidad térmica
una superficie horizontal, durante 10 despreciable contiene 100 [𝑔] de
s, recorriendo una distancia de 5 m. Si agua a una temperatura de 20 [°𝐶].
la fuerza de roce es de 100 N, ¿cuánto Si al interior de este se vierten
calor se disipa debido al roce? 200 [𝑔] de agua a 80 [°𝐶], la
(Considere que 1 joule equivale a temperatura final de la mezcla es:
0,24 calorías)
A) 40 [°𝐶]
A) 12 cal
B) 50 [°𝐶]
B) 36 cal
C) 60 [°𝐶]
C) 120 cal
D) 70 [°𝐶]
D) 720 cal
E) 80 [°𝐶]
E) 1200 cal

3. En un sistema aislado térmicamente, 4. ¿Qué cantidad de calor se debe

se tienen dos cuerpos R y S de igual suministrar a 100 [𝑔] de hielo
masa y ambos a la misma a 0 [°𝐶] para que se transformen en
temperatura, mayor que 0°C. Ambos agua a 20 [°𝐶]? Considere que el
cuerpos se ponen en contacto calor latente de fusión del hielo es
térmico con un gran cubo de hielo, 𝑐𝑎𝑙
80 𝑔
como muestra la figura, hasta lograr
el equilibrio térmico con él A) 2.000 [𝑐𝑎𝑙]

B) 8.000 [𝑐𝑎𝑙]

C) 10.000 [𝑐𝑎𝑙]

D) 12.000 [𝑐𝑎𝑙]

E) 20.000 [𝑐𝑎𝑙]

4
Si el calor específico de R es mayor que el
calor específico de S entonces es correcto
afirmar que:

A) ambos cuerpos pierden la misma

cantidad de calor.
B) el cuerpo R pierde más calor que el
cuerpo S.
C) el cuerpo R pierde menos calor que el
cuerpo S.
D) el cuerpo R gana calor y el cuerpo S
pierde calor.
E) el cuerpo R pierde calor y el cuerpo S
gana calor.
5. Se define calor de ebullición o calor 6. Una caloría es equivalente a 4,18
latente de vaporización del agua: joule. La caloría es una unidad para
A) a la temperatura requerida para cuantificar:
evaporarla.
A) cualquier energía.
B) al calor necesario para calentarla
hasta la temperatura de ebullición. B) solo energía eléctrica.
C) al calor que libera el agua al C) solo energía mecánica.
evaporarse. D) solo energía calórica.
D) al calor por unidad de masa necesario E) solo energía química.
para elevar su temperatura en un
grado celsius.
E) al calor por unidad de masa
requerido para evaporarla, a su
temperatura de ebullición
7. Dentro de una cámara 8. Con los siguientes datos:
perfectamente aislada térmicamente El agua (a 1atm)
se apilan tres cubos metálicos, Temperatura de fusión: 0°C
identificados por los números 1, 2 y Temperatura de vaporización: 100°C
𝑐𝑎𝑙
3. Sus temperaturas iniciales Calor latente de fusión: 80
𝑔
𝑐𝑎𝑙
respectivas son diferentes: Calor latente de vaporización: 540
𝑔
𝑇1 > 𝑇2 > 𝑇3. Si los cubos son
retirados al otro día y se miden sus
temperaturas (𝑇´) se encontrará ¿Cuál es el mínimo calor que necesita
que: absorber un cubo de hielo de 30g a 0°C para
A) 𝑇´1 > 𝑇´3 > 𝑇´2 fundirse completamente?
B) 𝑇´1 = 𝑇´2 = 𝑇´3
A) 80 cal
C) 𝑇´1 > 𝑇´2 > 𝑇´3
B) 540 cal
D) 𝑇´3 > 𝑇´2 > 𝑇´1
C) 2400 cal
E) 𝑇´1 = 𝑇´2 > 𝑇´3
D) 9300 cal
E) 16200 cal

9. A igual cantidad de masa, el mercurio 10. La materia que nos rodea existe,
(Hg) comparado con otros básicamente, en tres estados: sólido,
elementos, eleva apreciablemente su líquido y gaseoso. Esta puede
temperatura al aplicarle la misma cambiar de un estado a otro
mediante ciertos procesos. Respecto

5
 cantidad de calor. Esto se debe de estos procesos, ¿cuál(es) de las
principalmente a su: siguientes afirmaciones es (son)
verdadera(s)?
A) Bajo calor específico I. Fusión es el paso de sólido a
B) Alta conductividad térmica líquido.
C) Alto calor específico II. Condensación es el paso de
D) Bajo calor latente gas a líquido.
E) Alto coeficiente de dilatación térmica III. Evaporación es el paso de
sólido a gas.
A) Solo I
B) Solo II
C) Solo III
D) Solo I y II
E) Solo I y III

11. Dos cuerpos, A y B, de masas 𝑚𝐴 = 12. En un vaso que contiene 250[𝑔] de

2𝑚𝐵 , se encuentran en un sistema agua a 14[°𝐶] se vierten otros 100[𝑔]
aislado en donde no hay pérdidas de de agua a 0[°𝐶]. La temperatura de la
calor. Si inicialmente la temperatura mezcla, suponiendo que no hay
de A es la mitad de la temperatura de pérdidas de calor, es:
B ¿cuál es la relación entre las A) 14 [°𝐶]
temperaturas finales de ambos B) 12 [°𝐶]
cuerpos, una vez alcanzado el C) 10 [°𝐶]
equilibrio térmico del sistema? D) 9 [°𝐶]
E) 8 [°𝐶]
A) 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐴 = 2𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
B) 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐴 =
2
C) 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐴 = 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
D) 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐴 = 4𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐵
E) 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐴 = 4
13. Un objeto de 2 kg necesita absorber 14. Dos cuerpos que están a distinta
2,4104 𝐽 de calor para aumentar su temperatura, y de distinto tamaño, se
temperatura desde 293 K hasta 323 ponen en contacto en un sistema
K, sin cambiar de fase. ¿Cuál es el aislado. El de mayor tamaño está a
valor del calor específico del material 200 °𝐶 y el más pequeño a 40 °𝐶.
de este objeto? Después de un día de estar en
contacto, es verdadero que:
𝐽
A) 1,2104 𝑘𝑔 𝐾 A) el más pequeño es el que está a
mayor temperatura.
𝐽
B) 8102 B) ambos tendrán igual capacidad
𝑘𝑔 𝐾
calorífica.
𝐽 C) ambos tendrán igual calor
C) 6102 𝑘𝑔 𝐾
específico.
D) 4102
𝐽 D) el calor que contienen ambos es
𝑘𝑔 𝐾 el mismo.
𝐽 E) ambos cuerpos se encuentran a
E) 2,4102 𝑘𝑔 𝐾 la misma temperatura.