Simulador de curvas de calentamiento y cambios de fase
Ecuaciones de esta simulación
| m | Masa de agua m (gramos) | ||
|---|---|---|---|
| c | capacidad calorífica específica | hielo 2,09, agua líquida 4,18, vapor 2,01 J/(g·K): el agua necesita más calor por grado que casi cualquier otra cosa | |
| ΔT | change in temperature | solo mientras hay una única fase; en un cambio de fase la temperatura no se mueve |
Con los valores actuales:
| L_f | calor latente de fusión | 334 J/g: la energía para deshacer el cristal sin calentarlo | |
|---|---|---|---|
| L_v | calor latente de vaporización | 2257 J/g, casi siete veces L_f: separar del todo las moléculas cuesta mucho más que aflojarlas | |
| Q | calor aportado hasta ahora | la potencia del calentador por el tiempo |
Con los valores actuales:
| P | Potencia del calentador P (vatios; negativa enfría) | un vatio es un julio por segundo | |
|---|---|---|---|
| t | tiempo de cada etapa | las mesetas son largas porque los calores latentes son grandes |
Con los valores actuales:
Cómo usar el simulador de curvas de calentamiento
- Ajusta la masa de agua, su temperatura inicial y la potencia del calentador. Empieza siendo hielo: las moléculas están en un cristal, cada una vibrando en su sitio, y vibran más a medida que sube la temperatura.
- A 0 °C la temperatura se detiene mientras el hielo se funde: el calor se emplea en deshacer el cristal, y las moléculas se sueltan una a una hacia el líquido. A 100 °C vuelve a detenerse mientras el agua hierve y las moléculas salen volando como vapor. La gráfica dibuja la curva de calentamiento frente al calor aportado, sobre la curva completa en gris, con sus dos escalones planos.
- Pon la potencia en negativo para quitar calor y recorrer la curva al revés, congelando y condensando. Las ecuaciones suman el calor de cada etapa con los calores específicos y latentes; la Calculadora de calor específico calcula Q = mcΔT para cualquier sustancia.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la temperatura no cambia mientras se funde el hielo?
Porque todo el calor se va en romper los enlaces que sujetan las moléculas en el cristal, no en hacer que se muevan más deprisa. La temperatura mide la energía cinética media de las moléculas, y no cambia hasta que se ha fundido el último trozo de hielo. El calor absorbido es el calor latente de fusión, 334 J por gramo.
¿Qué es el calor latente?
La energía que absorbe o cede una sustancia al cambiar de fase a temperatura constante. Para el agua, el calor latente de fusión es 334 J/g y el de vaporización 2257 J/g. Las mismas cantidades se devuelven al congelarse y condensarse, por eso el vapor quema mucho más que el agua hirviendo a la misma temperatura.
¿Por qué hervir tarda tanto más que fundir?
Porque el calor latente de vaporización es casi siete veces el de fusión. Fundir solo afloja las moléculas para que puedan deslizarse; hervir tiene que separarlas por completo venciendo la atracción entre ellas. Llevar 100 g de agua de 0 °C a ebullición cuesta 42 kJ; evaporarla toda, otros 226 kJ.
¿Cómo calculo el calor de una curva de calentamiento?
Suma cada etapa: calentar el hielo (m × 2,09 × ΔT), fundirlo (m × 334), calentar el agua (m × 4,18 × ΔT), hervirla (m × 2257) y calentar el vapor (m × 2,01 × ΔT), con m en gramos. Divide entre la potencia del calentador en vatios para tener el tiempo en segundos; las ecuaciones bajo el dibujo lo hacen con tus ajustes.
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¿Se sube algo?
No. La simulación la dibuja tu propio navegador con WebGL; no se envía nada a ningún sitio y sigue funcionando sin conexión una vez cargada la página.