Resolver calorimetría y cambios de estado comprobando primero qué fase final es posible.
Míralo en un dibujo
Curva de calentamiento idealizada a presión constante: tramos inclinados elevan la temperatura y la meseta representa un cambio de estado de una sustancia pura.
Antes de seguir: ¿A dónde va la energía durante la meseta?
Comprueba tu razonamiento
Al cambio de estado. En el modelo idealizado, la temperatura se mantiene mientras cambia la proporción de fases.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Unidades de energía; Balance de energía; Cambios de estado.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Qué fórmula usa un cambio sin fase?
Q=mcΔT con c aproximadamente constante.
En un minuto
- Q=mcΔT con c aproximadamente constante.
- Q=mL.
- La suma de calores de todas sus partes es cero.
- Cuando su capacidad calorífica no se desprecia.
Entiende la idea
El concepto
Cuando un cuerpo cambia de temperatura sin cambiar de fase y su calor específico puede aproximarse como constante, el calor transferido es Q=mcΔT. La capacidad calorífica del cuerpo es C=mc y mide energía por cambio de temperatura. Un calor específico grande implica más energía para el mismo cambio de temperatura de una masa dada, no necesariamente una temperatura inicial mayor.
Durante un cambio de estado de una sustancia pura a presión fijada, puede intercambiarse energía sin que cambie la temperatura mientras coexisten las fases en equilibrio. El calor latente específico L relaciona energía y masa transformada mediante Q=mL. La fusión absorbe energía y la solidificación la libera con el convenio de calor hacia el sistema.
Cómo utilizarlo sin errores
En una mezcla térmicamente aislada, la suma de los calores intercambiados entre sus partes es cero. Si se desprecia la capacidad calorífica del recipiente, solo se incluyen las sustancias; si se conoce, debe añadirse su contribución. No siempre basta promediar temperaturas: pesan masas y capacidades caloríficas, y puede haber cambios de fase.
En problemas con hielo o vapor, se comprueba si la energía disponible permite completar el cambio de estado antes de calcular una temperatura final. Si no alcanza para fundir todo el hielo inicialmente a 0 °C en equilibrio con agua, puede quedar mezcla a 0 °C. Los datos de c y L se suministran como aproximaciones del problema. Se consideran modelos ideales sin pérdidas y no instrucciones para manipular materiales calientes o recipientes a presión.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
Calor sensible: Q=mcΔT. Cambio de estado: Q=mL. Aislamiento ideal: ΣQ=0. Agua: c≈4180 J/(kg·K); fusión del hielo: L≈334000 J/kg.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Mezcla idealmente 0,20 kg de agua a 80 °C y 0,30 kg a 20 °C, sin pérdidas ni calor del recipiente. Calcula T final.
- El mismo c aparece en ambos términos: 0,20c(T−80)+0,30c(T−20)=0.
- 0,50T=16+6=22, por lo que T=44 °C.
- Está entre las temperaturas iniciales y más cerca de la del agua fría, que tiene mayor masa.
Ejemplo 2 · Calcula la energía para llevar 0,10 kg de hielo a 0 °C hasta agua a 20 °C, usando L=334000 y c=4180 en SI.
- Primero se funde: Q₁=mL=0,10·334000=33400 J.
- Después se calienta el agua: Q₂=mcΔT=0,10·4180·20=8360 J.
- Q_total=41760 J. No se puede sustituir toda la operación por mcΔT, porque una parte cambia de fase.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · ¿Qué calor requiere 0,50 kg de agua para subir de 20 a 30 °C? Usa c=4180.
Primera ayuda
No hay cambio de fase.
Ver solución razonada
Q=0,50·4180·10=20900 J.
Práctica 2 · Se ponen en contacto ideal 0,10 kg de hielo a 0 °C y 0,20 kg de agua a 30 °C. ¿Se funde todo el hielo? Usa c=4180 y L=334000.
Primera ayuda
Compara lo que cede el agua al enfriarse a cero con lo necesario para fundir todo.
Ver solución razonada
El agua puede ceder 0,20·4180·30=25080 J; fundir todo requiere 33400 J. No se funde todo: se funden 25080/334000≈0,0751 kg y quedan ≈0,0249 kg de hielo, con equilibrio a 0 °C bajo los supuestos.
Práctica 3 · Un calorímetro de capacidad 50 J/K aumenta 5 K. ¿Qué energía absorbe?
Primera ayuda
Usa Q=CΔT, sin multiplicar de nuevo por una masa.
Ver solución razonada
Q=50·5=250 J. La capacidad ya corresponde al recipiente completo.
El error que debes evitar
No usar mcΔT para fundir hielo sin añadir calor latente. No omitir el recipiente si se dan sus datos. No suponer que toda mezcla con hielo termina por encima de cero.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
Durante fusión en equilibrio a presión fija…
Solución y explicación
Respuesta: Puede absorberse energía a temperatura constante. La energía se usa en el cambio de fase.
Antes de calcular T final con hielo hay que…
Solución y explicación
Respuesta: Comprobar si se funde todo. Puede quedar una mezcla de fases a la temperatura de fusión.
Capacidad calorífica C y calor específico c se relacionan como…
Solución y explicación
Respuesta: C=mc. C se refiere al cuerpo; c a la unidad de masa.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Qué fórmula usa un cambio sin fase?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Q=mcΔT con c aproximadamente constante.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué fórmula usa un cambio de estado?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Q=mL.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué balance aplica una mezcla aislada?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
La suma de calores de todas sus partes es cero.
Intenta responder antes de mirar.
¿Cuándo incluir el recipiente?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Cuando su capacidad calorífica no se desprecia.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Modifica la masa de agua caliente del tercer ejercicio hasta que justo pueda fundir todo el hielo y calcula el umbral usando un balance energético.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
Consolida el tema completo
Abrir resumen, esquema y refuerzo de Transferencia de energía
Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.