Idea central

El calor normalmente calienta, pero a veces solo transforma.

• Cuando el hielo se derrite a 0 °C, toda la energía se usa en pasar de sólido a líquido.
• A esa energía escondida la llamamos calor latente: rompe las uniones entre partículas sin subir la temperatura.
• Analogía: es como el esfuerzo para que amigos tomados de las manos se suelten, no van más rápido, solo rompen la unión.

1. Fases y cambios de fase

Fase es la forma en que se presenta la materia:

• Sólido: forma y volumen fijos, como un cubo de hielo.
• Líquido: volumen fijo pero toma la forma del recipiente, como el agua en un vaso.
• Gas: sin forma ni volumen fijos, como el vapor de una olla.

Cambio de fase es el paso de una fase a otra a una temperatura de cambio de fase fija:

• Fusión: sólido → líquido, derretirse, absorbe calor.
• Solidificación: líquido → sólido, congelarse, libera calor.
• Vaporización: líquido → gas, hervir o evaporarse, absorbe calor.
• Condensación: gas → líquido, empañarse, libera calor.
• Sublimación: sólido → gas, como el hielo seco, absorbe calor.

2. Calor sensible frente a calor latente

• Calor sensible: sí se siente en el termómetro. Cambia la temperatura sin cambiar la fase.
  • Fórmula: $Q = m · c · ΔT$
  • c es el calor específico: lo que cuesta calentar 1 kg un grado.
• Calor latente: no se ve en el termómetro. Cambia la fase sin cambiar la temperatura.
  • La temperatura se queda quieta y forma una meseta.
  • Al calentar hielo: sube, se detiene en 0 °C mientras se derrite, sube, se detiene en 100 °C mientras hierve.

3. Fórmula del calor latente

• Fórmula para cambio completo: $Q = m · L$
  • Q es el calor intercambiado, en J.
  • m es la masa que cambia de fase, en kg.
  • L es el calor latente específico, en J/kg, energía para cambiar 1 kg.
• Valores para el agua:
  • Fusión Lf = 334000 J/kg para sólido a líquido.
  • Vaporización Lv = 2260000 J/kg para líquido a gas.
• Regla del signo:
  • Absorbe calor, fundirse o hervir: Q positivo.
  • Libera calor, congelarse o condensarse: Q negativo.
  • El valor de L es el mismo, solo cambia el sentido. Fundir es lo contrario de congelar. Hervir es lo contrario de condensar.

4. Ejemplo modelo paso a paso

De 200 g de hielo a -10 °C hasta agua líquida a 20 °C, con m = 0,2 kg:

• Paso 1, calentar hielo de -10 °C a 0 °C: calor sensible, aún no hay cambio de fase.
  • $Q1 = 0,2 · 2090 · 10 = 4180 J$
• Paso 2, fundir todo a 0 °C: calor latente, la temperatura no sube.
  • $Q2 = 0,2 · 334000 = 66800 J$

En resumen

• El calor latente cambia la fase sin cambiar T; el sensible cambia T sin cambiar fase.
• Durante el cambio, T constante forma una meseta.
• Se calcula con $Q = m · L$, L depende de sustancia y tipo de cambio.
• Fundir y vaporizar absorben; solidificar y condensar liberan el mismo calor.