¿Por qué las unidades de calor de fusión y calor de evaporación no incluyen el factor de la temperatura?

Question

Sé que las unidades de calor específico son:

$$\frac{J}{kg\cdot °C}$$

Por otro lado, las unidades de calor de fusión $L_{f}$ y el calor de evaporación $L_{v}$ son

$$\frac{J}{kg}$$

Entonces, ¿por qué no incluyen el factor $°C$ ?

Answer 1

Porque son energías, y la energía no está necesariamente ligada a la temperatura.

Calores latentes $L_f$ y $L_v$ son las cantidades de energía que se necesitan para fundir/solidificar o vaporizar/condensar algo, y esto puede ocurrir a cualquier temperatura dependiendo de otros parámetros de los materiales.

No te confundas con la palabra "calor". No tiene más relación con la temperatura que, por ejemplo, el trabajo.

Ejemplo

Considere un cubo de hielo en $0\;^\circ \mathrm C$ . Para que se derrita, se intenta calentarla. Pero no lo hace calentar antes de que se derrita todo el hielo. La cantidad de calor añadida sólo se utiliza para la fusión, no para aumentar la temperatura

Si añado sólo una pequeña cantidad de calor, lejos de ser suficiente para derretir todo el hielo, entonces la temperatura no es posible subir. Si subiera, entonces sería más alto que $0\;^\circ \mathrm C$ , lo que es imposible para el hielo. Por lo tanto, añadiendo esta pequeña cantidad de calor no lo hace aumentar la temperatura. ¿Y qué hace? Es se derrite parte del hielo en su lugar (la energía tiene que ser utilizada para algo).

Si $L_f=400\;\mathrm{kJ/kg}$ y trato de fundir un $2\;\mathrm{kg}$ bloque de hielo entonces necesitamos $800\;\mathrm{kJ}$ antes de que se funda todo. Durante la fusión, no hay cambio de temperatura -porque dicho cambio de temperatura gastaría parte de esta energía añadida, y entonces no quedaría suficiente para fundir el hielo- y entonces no se fundiría todo el hielo, y entonces se produciría un cambio de temperatura a más de $0\;^\circ \mathrm C$ es imposible. Pero si añado $850\;\mathrm{kJ}$ Entonces el hielo se derretirá y la temperatura aumentará por el exceso de $50\;\mathrm{kJ}$ .

Me parece que estás viendo la temperatura como algo que debe ser influenciado por el calor. Pero éste no es el caso. Hay muchas otras formas en que la energía puede influir en un objeto: en el caso de la fusión, cambia su fase (de sólido a líquido). Los cambios de fase y los cambios de temperatura van de la mano: uno no es más superior que el otro. Ambos necesitan energía, y si uno se lleva todo, el otro no cambiará.

Answer 2

Cuando el calor fluye hacia el hielo cuya temperatura es inferior al punto de liberación, la consecuencia es que las partículas vibran más rápido. Es decir, se produce un aumento de la energía cinética de las partículas. La temperatura se define básicamente como la medida del KE medio de las partículas de una sustancia. Las partículas del hielo más caliente impartirían energía al líquido en un termómetro tradicional haciendo que el fluido se expanda y suba en el termómetro. Lo mismo ocurre al calentar el agua líquida.

Pero cuando el calor fluye en el hielo a 0 grados centígrados, la energía ahora va a tirar de las partículas desde sus posiciones anteriores. Permítanme cambiar a la ebullición por un momento, es más fácil de visualizar. Las moléculas del agua líquida se mantienen en contacto por atracciones eléctricas, enlaces de hidrógeno aquí, entre las moléculas. La energía de la entrada adicional de calor durante la ebullición no hace que las moléculas se muevan más rápido, sino que las separa unas de otras. Se trata de una forma de "energía potencial" en contraposición a la energía cinética. Es comparable a elevar una masa por encima de la Tierra. Como no hay aumento de la energía potencial durante la ebullición, no hay aumento de la temperatura. Lo mismo ocurre durante la fusión, la energía en el calor añadido termina como energía potencial frente a la energía cinética.

Si un vaso de agua helada está bien mezclado, estará a 0 Celcius independientemente de la proporción de líquido y sólido.