Segunda parte sesión 2 Unidad 4 (diferido) - Contenido educativo
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El problema dice lo siguiente. Calcula la cantidad de vapor de agua que está a 100 grados centígrados
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que hay que introducir en un sistema calorimétrico con 4 kilogramos de hielo
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para que pase el hielo de menos 20 grados centígrados a 40 grados centígrados.
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Aquí en este sistema calorimétrico vamos a suponer que es adiabático, que no hay pérdida de calor
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y que el calorímetro tampoco absorbe el índice de calor, ¿vale?
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Entonces va a haber un intercambio de calor entre el vapor de agua y el hielo,
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De tal manera que al final la temperatura de equilibrio para todo el sistema va a ser 40 grados centígrados porque si el hielo que está a menos 20 se va a calentar hasta cero, luego va a cambiar de estado y después se va a calentar a 40 grados, se supone también lo que va a ocurrir al vapor de agua es que va a condensar y luego también se va a enfriar.
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la temperatura final de equilibrio va a ser 40 grados centígrados a 100 grados centígrados.
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Este vapor de agua nosotros lo vamos a introducir en un calorímetro, en un vaso de igual, con 4 kilogramos de hielo.
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¿Quién es el que va a ceder calor en este caso?
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El vapor de agua, ¿no?
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Y quién va a, cuando se ponen en contacto,
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ahora vemos lo que pasa, y os digo en un enunciado entero,
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el hielo es el que va a absorber calor.
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Dicen que hay que introducir en un calorímetro
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que contiene cuatro kilogramos de hielo
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para pasar el hielo de menos 20,
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el hielo está a menos 20,
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en todos los sentidos, va a pasar a,
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40 grados centígrados, luego significa que en este sistema el que cede calor es el vapor de agua,
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que no sabemos su masa, que es lo que me piden, ya os digo el enunciado, luego lo escribo y cuando lo suba lo escribo entero,
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os lo pongo, esta es la masa de vapor de agua, este es el que cede calor y el hielo es el que coge calor,
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se ponen en contacto en un calorímetro que tiene paredes adiabáticas,
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quiere decir que ni entra ni sale calor
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pero ellos, los que se han puesto en contacto
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sí van a, estas dos sí que van a
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entre ellos va a haber intercambio de calor
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pero la temperatura a la cual
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van a estar finalmente en el equilibrio
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va a ser la misma
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¿cuál os parece a vosotros que va a ser la temperatura de equilibrio?
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según lo que me dicen aquí
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¿cuál va a ser la temperatura de equilibrio?
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La temperatura de equilibrio, si dicen que el hielo se va a calentar de menos 20 a 40, ¿cuál va a ser la temperatura de equilibrio?
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Final, la final, cuando se alcanza el equilibrio, se estabiliza, la temperatura para todo el conjunto, ¿cuál va a ser?
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40 grados centígrados, ¿sí o no?
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40 grados centígrados, si dicen que el hielo al final va a estar a 40 grados, pues todos van a estar a 40 grados.
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Esa es la temperatura final. ¿Equilibrio o final? ¿Lo habéis entendido esto?
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Sí.
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Datos. Calor específico del hielo, bueno, es calor específico del hielo, estos los voy a ir nombrando, no los escribo, os digo que lo he enunciado, luego lo escribo y os lo pongo entero.
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El calor específico del hielo es 0,48 calorías por cada gramo grado centígrado. El calor latente de fusión del hielo, que lo voy a poner después en ejercicio, es un 79,6 calorías por gramo. El calor específico del agua es 1, una caloría por cada gramo grado centígrado.
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y el calor de condensación del agua es menos 540 calorías por cada gramo.
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¿Por qué es negativo el calor de condensación y el de vaporización positivo?
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¿Quién lo dice?
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Bueno, pues el calor latente de vaporización es el calor para el cambio de estado,
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es decir, del líquido a vapor, que ocurre a 100 grados,
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ese es positivo porque absorbe calor.
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Habíamos dicho que había cambios de estado progresivos,
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que necesitan calor para que se produzcan, por ejemplo, la vaporización.
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Sin embargo, la condensación desprende calor.
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Cuando el vapor de agua condensa, desprende calor.
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Por eso, le dan el calor de condensación, H de condensación,
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igual a menos 540 calorías por cada gramo
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es decir, para que condense el agua
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este desprende cuando se condensa
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desprende 540 calorías por cada gramo
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que cambia de estado
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pasa de vapor a líquido
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porque es de condensación
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si fuera de vaporización
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si fuera de vaporización
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absorbe
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¿estamos?
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bueno, entonces en este problema
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si consideramos
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que el sistema es adiabático
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que el calorímetro
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me absorba, perdón
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que no hay ni pérdida ni ganancia de calor
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por otro lado
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vamos a considerar que el calor absorbido
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más el calor cedido
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es igual a cero
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Vamos a ver cuántos calores intervienen aquí.
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Vamos a ver, si el vapor de agua está a 100 grados, va a ocurrir que, ¿cuántos calores vamos a tener con el vapor de agua?
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¿Qué le va a pasar cuando el agua está a 100 grados centígrados?
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Tenemos, por un lado, hay calor cedido y por otro lado hay calor absorbido.
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El que cede calor. ¿Cuántos calores cedidos vamos a obtener? El agua, el H2O, cuando está en estado gaseoso, va a pasar a agua en estado líquido.
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Aquí, ¿a qué temperatura está? Decíamos que estaba a 100 grados centígrados.
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Cuando hay cambio de estado, que el agua está en estado gaseoso, pasa a agua en estado líquido, también a 100 grados centígrados,
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el cambio de estado ocurre a temperatura constante, cambio de estado.
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Pues aquí hay un calor, ¿vale? A este calor le vamos a llamar U4.
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Que los otros, uno, dos y tres, se los vamos a llamar al hielo.
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Y luego, ¿qué va a ocurrir?
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Que el agua que está en estado líquido a 100 grados se va a enfriar hasta qué temperatura.
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Desprende más calor, lo vamos a llamar Q5.
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Este desprende más calor para pasar de agua líquida a 100 grados, pasa a agua líquida, ¿a qué temperatura?
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A 40 grados centígrados, que esta es la temperatura final, ¿vale?
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Entonces, aquí no hay cambio de estado, no hay cambio de estado, simplemente el agua se enfría, se ve calor, no hay cambio de estado.
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Sin embargo, ya lo tenemos, ¿vale?
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¿Vale? Calor cedido por el agua. Aquí me piden la masa. Calor cedido por el agua. El agua está en estado desvapor, gas, a 100 grados. Lo primero, cede calor cuando cambia de estado. Hay que aplicar, aquí hay un calor latente. ¿Vale? Pasa agua líquida también a 100 grados, a temperatura constante.
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Y luego hay un calor sensible, sin cambio de estado, cuando el agua líquida, que está a 100 grados, pasa a agua líquida a 40 grados.
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Bueno, pues entonces este calor absorbido, bueno, vamos a hacer este diagrama del calor absorbido por el hielo.
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Vamos a ver, lo ponemos un poco más abajo, este calor absorbido por el hielo, lo expresaríamos de la siguiente manera.
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Tenemos hielo, ¿en qué estado está el agua hielo? H2O en estado sólido.
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¿Está en estado sólido a qué temperatura? A menos 20 grados centígrados.
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Esto vamos a ver, calores absorbidos, a ver cuántos hay.
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Calores cedidos, hemos visto Q4 y Q5, que los vamos a calcular.
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Calores absorbidos.
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El agua que está en estado sólido, que es el hielo, pasa a agua en estado sólido, a hielo, pero ¿a qué temperatura?
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A 0 grados centígrados.
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Luego, una vez que está el hielo a 0 grados, ¿ahora qué va a pasar?
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Pues que a 0 grados va a cambiar de estado.
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Va a pasar de agua sólida a agua líquida.
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Bueno, aquí no hay cambio de estado, lo he dicho, no hay cambio de estado.
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Aquí sí va a haber cambio de estado, cuando el agua sólida que está hielo a cero grados pasa a agua líquida, hay cambio de estado.
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Para ver qué fórmula hay que utilizar para hallar los calores.
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Entonces, este calor que absorbe el agua, el hielo, agua sólida, a pasar de menos 20 a 0, lo vamos a llamar Q1.
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El calor que el hielo en estado sólido absorbe para fundirse, es decir, para pasar a agua líquida, vamos a llamarle Q2 para cambiar de estado.
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Y una vez que tenemos el agua líquida que ha cambiado de estado de sólido a líquido y sigue estando a 0 grados centígrados, este agua líquida necesita un calor U3 para calentarse.
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O sea, pero este agua líquida procede del hielo. A la hora de considerar la masa, es la masa que tenía el hielo, ¿vale? Es la que se calienta.
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Entonces, está a cero grados, se va a calentar, hemos dicho, hasta la temperatura de equilibrio, que son 40 grados centígrados.
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Entonces, ahora va a pasar a agua líquida, pero a 40 grados centígrados, ¿vale?
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Este sería el esquema del calor cedido y el calor absorbido.
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Luego, aquí, bueno, hemos dicho, esta Q3 no hay cambio de estado.
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¿Os acordáis de la fórmula que utilizábamos cuando no había cambio de estado?
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De un cuerpo cuando se calienta, sube su temperatura o baja, masa por calor absorbido o cedido igual a la masa por calor específico por diferencia de temperatura.
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Y cuando hay cambio de estado, el calor es igual a la masa por el calor latente.
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Una vez que tenemos esto, ya podemos empezar a hacer el ejercicio.
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Vamos a ver, empezamos por el, borramos, por el calor cedido por el agua, por ejemplo.
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Este calor absorbido, bueno, lo borro y ya lo voy diciendo.
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Luego vosotros, como lo vais a tener grabado, lo vais a poder ver.
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Vale, entonces, vamos a ver el calor cedido por el agua líquida, perdón, por el vapor de agua.
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Calor cedido, cedido, eran Q4 y Q5, ¿os acordáis?
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¿A qué da igual Q4?
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La masa, tenemos vapor de agua, vapor de agua a 100 grados, va a cambiar de estado.
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Luego, este calor va a ser igual a la masa por el calor latente de condensación.
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¿Cuál sería el calor cedido? Vamos a llamarle Q4.
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Q4, ¿no? Q4.
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La masa por el calor latente de condensación.
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Y esta era igual a... Esto es igual. La masa es la incógnita, que no sabemos lo que vale.
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Y la onda de condensación me lo dan por menos 540 calorías por cada gramo.
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Y esto lo ordenamos y me queda menos 540m, que es la incógnita, calorías por gramo.
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Yo si no me como ninguna unidad es que la m no lleva, estas unidades son las que quedan, ¿vale?
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A ver, ya el otro día estábamos con esto, que si hay gente que no las pone, bueno, si le da bien el resultado y bueno, más o menos lo ha expresado bien, lo único que tiene esto, si hay gente que no suele poner todo y luego al final lo pone, pero tampoco quiero ser yo muy maniática, el problema que le puede pasar a quien lo haga así es que cambie algún término y no le salga bien el ejercicio.
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Pero bueno, este es el calor de cambio de estado, cuando el vapor de agua cede calor para pasar de vapor de gas a líquido, cuando cambia de estado de gas a líquido, entonces el cambio de estado ocurre a 100 grados, ¿vale?
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Aquí cede calor. Y una vez que tenemos ese vapor de agua de masa M a 100 grados, también sigue, cuando se fría hasta 40, también sigue cediendo calor.
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Entonces, esta es Q5. Este sería Q cedido. Q cedido. ¿Vale? Q sub 5 es el agua ya líquida a 100 grados se enfría hasta agua líquida a 40.
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Entonces la fórmula sería la masa por el calor específico por el incremento de T, temperatura final menos inicial, esto es T final menos T inicial, el incremento de T.
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Entonces la masa, porque no hay cambio de estado, pongo esta fórmula, masa por calor específico por incremento de T.
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La masa es la incógnita. Aquí hay que poner como el agua ya es líquida, el calor específico del agua que es una caloría por cada gramo y grado centígrado. ¿Y qué incremento de T ponemos? Pues ponemos la final que es 40 menos la inicial que es 100, ¿vale? Grados centígrados.
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Y es como este término, veis que Q4 me da negativo porque cede calor y Q5 también es de cesión de calor porque el agua al estar a 100 grados sigue cediendo calor, aunque ya es líquido, ya se enfría hasta 40, ¿vale?
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entonces esto me da exactamente igual a
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simplificamos los grados centígrados con los grados centígrados
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y me da 40 menos 100 son menos 60
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me da menos 60 m
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y que más tengo, calorías por cada gramo
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veis que tengo términos semejantes que luego les voy a poder sumar o restar
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este es el calor cedido
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¿cuál sería el calor asolido?
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El calor absorbido, Q absorbido, en este caso es el hielo el que absorbe calor, lo vamos a poner aquí, Q1, teníamos el hielo, decíamos Q1 es un calor que no es de cambio de estado,
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es para pasar de hielo a menos 20 a hielo a 0 grados. Sigue siendo sólido. Hielo es
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masa por calor específico por incremento de T, es decir, temperatura final menos temperatura
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inicial. Repito, se pone en contacto el vapor de agua y se pone con el hielo, con estos
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4.000 gramos de hielo y uno cede calor, otro lo absorbe y al final alcanza todo el conjunto
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a la temperatura de equilibrio, que es 40 grados centígrados.
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Bueno, pues esta curso 1 me da, teníamos 4 kilogramos de hielo, lo pasamos a gramos,
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Son 4.000 gramos por, ojo, el calor específico del hielo, igual a 0,48 calorías por cada gramo y grado centígrado.
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Por 0,48 calorías por cada gramo y grado centígrado.
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Y por diferencia de temperatura, sería la final, 0, menos la inicial, 0, menos, menos, menos.
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Este menos por menos es un más, multiplicamos 4.000 por 0.48 y por 20, simplificamos unidades, gramos con gramos, grados centígrados y grados centígrados y el resultado me da en calorías.
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A ver si lo tengo yo por aquí, no sé si lo tenía yo por aquí, pero no tengo, me han dado a superar, me da 38.400 calorías, 38.400 calorías, a ver si alguien lo quiere comprobar, ¿vale?
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Hemos dicho que este curso 1, que es para calentarse el hielo en unos 20 grados centígrados hasta 0 grados centígrados, se calienta, no hay cambio de estado.
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Por eso la fórmula es esta, es un calor sensible, ¿vale? Cuando hay cambio de estado es M por lambda, esta, por lambda de fusión o de condensación o de vaporización, ¿vale?
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El calor de cambio de estado.
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Bueno, pues ahora ya tenemos el hielo a cero grados.
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Ahora necesitamos otro calor absorbido para que este hielo a cero grados pase de sólido, el agua pase de sólido a líquido, es decir, funda.
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También absorbe calor, la fusión necesita calor.
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Ya sabéis, el cambio de estado de fusión necesita calor.
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¿Cuál es la fórmula?
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Pues es esta, M por lambda de fusión.
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¿Cuál es la masa?
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Tenemos el hielo, 4.000.
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¿Veis que no aparece aquí ningún incremento de T?
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¿Por qué en esta fórmula?
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Bueno, pues porque en los cambios de estado se produce una temperatura constante, ¿vale?
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Es la masa por el calor latente, como en el calor latente te viene.
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A ver, ¿cuál era el calor latente de fusión del hielo?
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El calor latente de fusión del hielo es lambda de fusión, igual el hielo, cada sustancia tiene un calor latente distinto, 79,6 calorías por cada gramo que funde.
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Aquí no hay ningún incremento de temperatura porque no hay cambio de temperatura.
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Bueno, entonces decimos la masa, que son 4.000 gramos, por el calor latente de fusión, que son 79,6 calorías por cada gramo.
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Simplificamos los gramos y esto es exactamente...
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¿Cuánto os da exactamente?
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No sé si he multiplicado por 79,6 o por 79.
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He tenido en cuenta 79.
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Entonces vamos a poner 79 aquí unas veces.
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Bueno, 79 calorías por cada gramo.
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Calorías por cada gramo.
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Entonces voy a poner solo 79, porque yo creo que aquí lo he hecho yo.
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He hecho la operación solamente teniendo en cuenta el 79.
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79, vale, calorías por cada grano.
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Y este es exactamente 79,0.
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316.000 calorías.
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calorías, ¿vale? Este es el calor que absorbe el hielo para fundir. Esos 4.000 gramos de
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hielo absorben este calor, porque si por cada gramo que funde absorbe 79 calorías, pues
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imaginaos, hay 4.000, pues sale mucho, pues salen muchas calorías. Y puso 3 por fin,
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Me queda el último que este es. Ya tenemos el hielo fundido, o sea, ya tenemos agua líquida, pero siguen siendo los 4.000 gramos que teníamos de hielo, ¿vale?
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Entonces, ahora el calor, Q3, es un calor, pero no de cambio de estado. Es para que ese agua que está a 0 grados centígrados se caliente hasta, ¿hasta qué temperatura?
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temperatura hasta 40, que es la temperatura de equilibrio. Luego serían los 4.000, siguen
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siendo los 4.000 gramos, aunque eran hielo, era sólido, pero ha habido un cambio de estado
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por el calor específico del agua, que tenemos una caloría por cada gramo y grado centígrado,
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¿vale? Y por el incremento de T. Bueno, les ponemos una porque es agua líquida. El incremento
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de T son 40 menos cero grados centígrados, temperatura final menos inicial, tachamos
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los grados centígrados, tachamos los gramos y me queda esto en calorías, exactamente
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me salen 160.000 calorías.
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Bueno, pues ya tenemos los calores
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cedidos y
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absorbidos. Vamos ahora a aplicar
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calor cedido más calor absorbido igual a cero. Ponemos todas las Qs
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una tras otra. Vamos a poner primero los calores
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absorbidos, por ejemplo, calor absorbido más calor cedido. El orden
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que sumando no altera la suma tampoco, entonces empezamos poniendo 380, Q1, Q2, Q3, más Q4,
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Q5 igual a 0, ¿vale? Sería Q1 más Q2 más Q3 más Q4 más Q5 igual a 0. Pues empezamos
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los Q1 son 300, ojo, estos tres Q nos han dado positivas, ¿por qué?, es calor subido,
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las otras dos nos han dado negativas, ¿por qué?, es calor subido, la incógnita M, que
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es la más positiva, los gramos de vapor de agua, pues empezamos poniéndolo, 384, espérate
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Era 38.400 calorías más 316.000 calorías más 160.000 calorías más 540.000 calorías.
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En calorías partido por gramo, menos 60, es más por menos menos, 60 en calorías partido por gramo, igual a cero.
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A ver cómo puedo hacer esto sin estropear.
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Ahora que se me estropee el invento, no, a ver qué hago yo aquí.
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Bueno, pues voy a borrar, para terminar esto, voy a borrar aquí arriba.
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Voy a pasar al segundo miembro.
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Estos términos que están, veis que tenemos estos tres primeros son términos que tienen de unidades calorías.
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Son semejantes y se pueden sumar.
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Estos otros dos tienen también, también son semejantes.
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Los dos negativos también se pueden sumar.
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¿Vale? Entonces, aquí pone calorías.
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Vamos a pasar los términos que tienen signo menos al segundo miembro.
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Con lo cual, dejo en el primer miembro lo que es positivo y me queda.
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¿Alguien quiere sumarlo? Voy a ponerlo.
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38.400 más 316.000 calorías más 160.000 calorías
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es igual a
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540
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pasa con signo más
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m calorías por gramo
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1000 más
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60 m
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calorías partido por gramo
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bueno, pues si alguien
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suma estos tres, a mi me da
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514
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1000
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514.400
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514.400
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me da a mi también
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calorías
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Esto es igual a 540 más 60, 600 m calorías partido por gramo.
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Con lo cual, fijaos, ya podemos despejar m.
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Nos va a dar el tiempo justito.
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Todos estos problemas son iguales, pero bueno, los cambios de estado ya con esto los hemos repasado bastante.
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Ahora despejo m y m me sale igual a.
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Fijaos, 514.400 calorías en el numerador, dividido entre 600, la m ya está aquí, calorías por cada gramo.
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Con lo cual estos gramos suben aquí arriba, las calorías las simplifico y me queda el
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resultado de dividir 514.400 entre 600, 857 aproximadamente, aproximamos, me da aproximadamente
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¿Sí? Aquí, aproximadamente igual a 857 gramos, ¿vale?
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Esos son los gramos de vapor de agua que tengo que introducir en el calorímetro,
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el vapor de agua a 100 grados.
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Ojo, porque si el vapor de agua no estuviera a 100 grados, si estuviera más,
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también desprende calor para pasar
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pero bueno, ya no os voy a meter
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en más bienes generales
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entonces
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no sé si hice un ejercicio
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ya no sé si he hecho tantos
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que ya no sé
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ese vapor de agua
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que se enfría primeramente
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condensa
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pasa de vapor a líquido
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y luego ese líquido se enfría
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en dos cus
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cusu 4 y cusu 5 desprende ese calor
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Esos gramos de vapor es 1000, ¿vale? Entonces es 857 aproximadamente gramos. Este es el resultado, ¿vale? Pues otro ejercicio que tenéis para repasar. Yo creo que con todos estos ejercicios que estoy haciendo vais a saber hacer, si os ponéis y lo repasáis, vais a saber hacer la tarea bien.
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Y las preguntas de la tarea son fáciles. En la tarea, si es verdad que habla de calor específico y capacidad calorífica, la primera pregunta es que, claro, aquí hay alguna rata.
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Dice, ¿qué significa que el calor específico o capacidad calorífica del agua es?
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Simplemente calor específico, esa capacidad calorífica no lo tengas en cuenta.
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Es el calor específico, ¿vale?, del agua, que significa que es una caloría por cada gramo o grado centígrado.
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Esto lo he repetido un montón de veces.
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¿Qué significa, vale?
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Y luego lo tenéis que pasar al sistema internacional, ya sabéis que en el sistema...
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- Materias:
- Química
- Niveles educativos:
- ▼ Mostrar / ocultar niveles
- Formación Profesional
- Ciclo formativo de grado superior
- Primer Curso
- Segundo Curso
- Autor/es:
- M J V
- Subido por:
- M. Jesús V.
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- Todos los derechos reservados
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- Fecha:
- 11 de marzo de 2025 - 13:01
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- Clave
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- IES LOPE DE VEGA
- Duración:
- 30′ 39″
- Relación de aspecto:
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