Cambios de Fase y Calor Latente: 20 problemas resueltos

Cambios de fase y calor latente
Olla con agua hirviendo a fuego máximo

¿Por qué el agua hirviendo nunca supera los 100 °C, por más fuego que le pongas? Pon una olla con agua a hervir y súbele el fuego al máximo. La temperatura del agua líquida no pasará de 100 °C (a nivel del mar), aunque sigas entregándole calor durante minutos. Ese calor no desaparece: se está usando para algo que no puedes ver a simple vista, pero que puedes calcular con precisión. Ese “algo” es el calor latente, un concepto fundamental para comprender los cambios de fase: calor latente y entender cómo la materia pasa de un estado a otro.

Este fenómeno no es exclusivo de la cocina. Explica por qué sudar te refresca, por qué el hielo flota antes de derretirse en tu bebida, por qué una olla a presión cocina más rápido y por qué el hielo seco produce un “humo” blanco sin dejar charcos de agua.

Antes de avanzar, familiarízate con los términos que usaremos constantemente. Cada uno incluye un ícono, una definición breve y un ejemplo cotidiano.

Términos clave:

ITérminoDefiniciónEjemplo
🌡️TemperaturaMedida del grado de agitación de las partículas de un cuerpo.El agua hierve a 100 °C a nivel del mar.
🔥CalorEnergía que se transfiere entre dos cuerpos por diferencia de temperatura.El calor pasa de la estufa a la olla.
⚖️Calor sensibleCalor que cambia la temperatura de una sustancia sin cambiar su fase.Calentar agua líquida de 20 °C a 80 °C.
🧊💧Calor latenteCalor que cambia la fase de una sustancia sin cambiar su temperatura.Fundir hielo que está a 0 °C.
🔄Cambio de faseTransformación entre estados de agregación: sólido, líquido y gas.El hielo derritiéndose al sol.
💧FusiónPaso de sólido a líquido.Un helado derritiéndose.
🧊SolidificaciónPaso de líquido a sólido.Agua congelándose en el congelador.
💨VaporizaciónPaso de líquido a gas (evaporación o ebullición).Agua hirviendo en una olla.
🌫️CondensaciónPaso de gas a líquido.El vaho que se forma en el espejo del baño.
❄️SublimaciónPaso directo de sólido a gas.El hielo seco “humeando”.
🌨️DeposiciónPaso directo de gas a sólido.La escarcha que aparece sobre el pasto.
📐Calor específico (c)Energía para elevar 1 °C la temperatura de 1 kg de sustancia.El agua tiene c = 4186 J/(kg·K).
📊Calor latente específico (L)Energía para cambiar de fase 1 kg de sustancia.El agua tiene Lf = 334 000 J/kg.

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3.1 ¿Qué es un cambio de fase? Los estados de agregación de la materia

La materia que te rodea se organiza en tres estados de agregación comunes: sólido, líquido y gas (existe un cuarto estado, el plasma, pero no lo trabajaremos aquí). Lo que diferencia a un estado de otro es, principalmente, cuánta libertad de movimiento tienen sus partículas y cuánta energía cinética poseen en promedio.

  • En un sólido, las partículas vibran alrededor de posiciones fijas.
  • En un líquido, las partículas se mueven entre sí pero permanecen unidas por fuerzas de cohesión.
  • En un gas, las partículas se mueven libremente y ocupan todo el espacio disponible.
Diagrama circular con tres nodos (sólido, líquido, gas) conectados por seis flechas curvas etiquetadas fusión, solidificación, vaporización, condensación, sublimación y deposición, coloreadas en azul para procesos que absorben calor y en rojo para los que liberan calor
Figura 1. Mapa conceptual de los seis cambios de fase de la materia.

Un cambio de fase (o cambio de estado) ocurre cuando una sustancia pasa de uno de estos estados a otro, generalmente por ganancia o pérdida de energía en forma de calor. Estos cambios son procesos físicos: la sustancia conserva su identidad química (el agua sigue siendo H2O tanto en hielo como en vapor).


🤔Pregunta para reflexionar

Si el agua y el hielo son la misma sustancia (H2O), ¿por qué el hielo flota en el agua líquida en lugar de hundirse?

🧠 Mini quiz:

¿Qué distingue principalmente a los tres estados de agregación de la materia?

a) El color de las partículas.

b) La libertad de movimiento y la energía cinética de sus partículas

c) El tipo de átomos que las forman.

d) Su masa total.
Muéstrame la respuesta
Repuesta correcta: b). Sólido, líquido y gas se diferencian por cuánta libertad de movimiento y energía cinética promedio tienen sus partículas, no por su composición química.

3.2 Calor sensible vs. calor latente: la clave para entender por qué la temperatura “se detiene”

Cuando entregas calor a una sustancia, puede ocurrir una de dos cosas: que suba su temperatura, o que cambie de fase. Nunca ambas cosas al mismo tiempo. Esta es la idea más importante de todo el tema.

Calor sensible

Es el calor que produce un cambio de temperatura sin cambiar la fase de la sustancia. Se calcula con:

$$Q = m \, c \, \Delta T$$

donde Q es el calor en joules, m es la masa en kilogramos, c es el calor específico de la sustancia (una propiedad tabulada) y ΔT es la variación de temperatura.

Calor latente

Es el calor que produce un cambio de fase sin cambiar la temperatura. Mientras una sustancia está cambiando de fase, toda la energía entregada se invierte en reorganizar las fuerzas entre partículas (romper o formar enlaces intermoleculares), no en acelerarlas. Por eso el termómetro “se congela” en un valor mientras dura el cambio.

$$Q = m \, L$$

donde L es el calor latente específico de la sustancia para ese cambio de fase en particular (fusión, vaporización o sublimación), medido en J/kg.

⚠️ Error común

Pensar que “más calor siempre significa más temperatura”. Durante un cambio de fase esto es falso: puedes seguir aportando calor y la temperatura permanecerá constante hasta que todo el material haya cambiado de fase.

🤔Pregunta para reflexionar

Si dejas de calentar agua justo cuando empieza a hervir, ¿qué le pasaría a las burbujas de vapor que ya se formaron?

🧠 Mini quiz:

Mientras el hielo se está fundiendo a 0 °C, ¿qué ocurre con su temperatura si se sigue aplicando calor?

a) Sube gradualmente.

b) Baja.

c) Permanece constante en 0 °C.

d) Sube de golpe a 100 °C.
Muéstrame la respuesta
Repuesta correcta: c). Durante un cambio de fase, toda la energía se usa para reorganizar las partículas, no para aumentar su energía cinética, por lo que la temperatura no cambia.

3.3 Fusión y solidificación: cuando lo sólido y lo líquido intercambian lugar

La fusión es el paso de sólido a líquido; ocurre en el punto de fusión, una temperatura característica de cada sustancia (0 °C para el agua a presión atmosférica normal). La solidificación es el proceso inverso: el líquido pierde calor hasta reorganizarse en una red ordenada.

$$Q = m \, L_{f}$$

Aquí Lf es el calor latente de fusión. Durante la fusión, la sustancia absorbe calor del entorno (proceso endotérmico); durante la solidificación, libera exactamente esa misma cantidad de calor (proceso exotérmico).

Dato clave

El calor latente de fusión del agua es Lf = 334 000 J/kg (334 kJ/kg). Esto significa que fundir 1 kg de hielo requiere la misma energía que se necesitaría para calentar cerca de 4 litros de agua líquida en 20 °C.


✅ Resumen rápido:

1. La fusión absorbe calor; la solidificación libera la misma cantidad.

2. El punto de fusión es característico de cada sustancia.

3. Q = mLf permite calcular la energía involucrada.

🤔 Pregunta reflexiva:

¿Por qué añadir sal al hielo en una calle congelada hace que se derrita a una temperatura menor a 0 °C?

3.4 Vaporización y condensación: evaporación, ebullición y el papel de la presión

La vaporización es el paso de líquido a gas. Ocurre de dos formas: evaporación (superficial, a cualquier temperatura, más lenta) y ebullición (en todo el volumen del líquido, a una temperatura específica llamada punto de ebullición). La condensación es el proceso inverso.

$$Q = m \, L_{v}$$

Lv es el calor latente de vaporización. Para el agua, Lv = 2 260 000 J/kg (2260 kJ/kg): casi siete veces más que su calor latente de fusión, porque separar completamente las moléculas de un líquido para formar un gas requiere vencer fuerzas de cohesión mucho más fuertes que las que se rompen al fundir un sólido.

El papel de la presión

El punto de ebullición no es fijo: depende de la presión externa. A menor presión (como en la alta montaña), el agua hierve por debajo de 100 °C. A mayor presión (como en una olla a presión, que alcanza cerca de 121 °C), el agua hierve a una temperatura más alta, lo que acelera la cocción.


⚠️ Error común

Creer que “hervir” siempre implica altas temperaturas. En la cima del Everest, el agua hierve alrededor de 70 °C debido a la baja presión atmosférica, ¡y a esa temperatura ya no se puede cocinar bien un huevo!

3.5 Sublimación y deposición: cambios de fase “directos”

Algunas sustancias pueden pasar directamente de sólido a gas (sublimación) o de gas a sólido (deposición), sin pasar por el estado líquido. Esto ocurre cuando la presión es demasiado baja para que exista una fase líquida estable en esas condiciones de temperatura.

$$Q = m \, L_{s}$$

El ejemplo más conocido es el hielo seco (dióxido de carbono sólido), que sublima directamente a gas a temperatura ambiente sin dejar residuo líquido, produciendo el clásico efecto de “humo” en presentaciones y espectáculos. La naftalina y la nieve en climas muy fríos y secos también subliman.


✅ Resumen rápido:

1. La sublimación y la deposición evitan el estado líquido.

2. Ocurren cuando la presión es demasiado baja para sostener un líquido estable.

3. El hielo seco es el ejemplo cotidiano más común de sublimación.

🤔 Pregunta reflexiva:

La escarcha que se forma en el césped en una mañana fría, ¿es un caso de solidificación o de deposición? Justifica tu respuesta.

3.6 La curva de calentamiento: leyendo el comportamiento térmico completo de una sustancia

Cuando calientas una sustancia de forma continua, desde un sólido muy frío hasta un gas, su temperatura no sube de forma uniforme. La curva de calentamiento representa la temperatura en función del calor suministrado, y muestra claramente los tramos de calor sensible (pendiente inclinada) y los tramos de calor latente (meseta horizontal).

Gráfico de temperatura en grados Celsius versus calor suministrado en kilojulios para 1 kilogramo de agua, mostrando tramos inclinados de calor sensible y mesetas horizontales de calor latente en la fusión a 0 °C y la vaporización a 100 °C
Figura 2. Curva de calentamiento del agua: del hielo al vapor.

Para calcular el calor total de un proceso que atraviesa varios tramos, simplemente sumas el calor de cada tramo por separado:

$$Q_{total} = Q_{sensible\,1} + Q_{latente\,1} + Q_{sensible\,2} + \dots$$

✅ Resumen rápido:

1. Las rectas inclinadas de la curva corresponden a calor sensible (Q = mcΔT).

2. Las mesetas horizontales corresponden a calor latente (Q = mL).

3. El calor total es la suma de todos los tramos recorridos.

🤔 Pregunta reflexiva:

Observando la curva de calentamiento del agua, ¿qué tramo requiere más energía: fundir el hielo o vaporizar el agua? ¿A qué se debe esa diferencia?

🧠 Mini quiz:

En una curva de calentamiento, ¿qué representa un tramo horizontal (meseta)?

a) Un cambio de fase, con temperatura constante.

b) Un enfriamiento brusco.

c) Un aumento de temperatura sin cambio de fase.

d) Un error de medición.

3.7 Factores que afectan el calor latente y los puntos de cambio de fase

  • Tipo de sustancia: cada material tiene valores propios de L y de punto de fusión/ebullición, según la fuerza de sus enlaces intermoleculares.
  • Presión: modifica el punto de ebullición (y en menor medida el de fusión); a mayor presión, mayor temperatura de ebullición.
  • Presencia de impurezas o solutos: disolver sal o anticongelante en agua reduce su punto de congelación (descenso crioscópico) y eleva su punto de ebullición.
  • Altitud: a mayor altitud, menor presión atmosférica y, por tanto, menor punto de ebullición.

🔬 Investigación reciente

Pensar que “más calor siempre significa más temperatura”. Durante un cambio de fase esto es falso: puedes seguir aportando calor y la temperatura permanecerá constante hasta que todo el material haya cambiado de fase.

🤔Pregunta para reflexionar

¿Por qué se le echa sal a las carreteras en invierno en países fríos?

🧠 Mini quiz:

¿Qué efecto tiene disolver sal en agua sobre su punto de congelación?

a) Lo aumenta.

b) Lo disminuye.

c) No tiene ningún efecto.

d) Lo hace igual a 100 °C.
Muéstrame la respuesta
Repuesta correcta: b). La sal disuelta interfiere con la formación de la red cristalina del hielo, por lo que se necesita una temperatura más baja para que el agua se congele (descenso crioscópico).

3.8 Aplicaciones tecnológicas y naturales del calor latente

  • Refrigeración y aire acondicionado: usan la evaporación de un refrigerante para absorber calor del ambiente que se quiere enfriar.
  • Termorregulación del cuerpo humano: la evaporación del sudor extrae calor de la piel, siendo el mecanismo más eficaz de enfriamiento corporal.
  • Climas costeros: el enorme calor específico y latente del agua del mar suaviza las temperaturas de las regiones cercanas a la costa.
  • Almacenamiento térmico (PCM): materiales de cambio de fase se usan en edificios y textiles para absorber o liberar calor y mantener temperaturas estables.
  • Industria metalúrgica: la fusión de metales es la base de la fundición y el moldeado de piezas industriales.

3.9 Errores comunes y conceptos erróneos frecuentes

  • Confundir calor con temperatura: el calor es energía en tránsito; la temperatura es una medida de agitación molecular.
  • Pensar que toda la energía entregada durante un cambio de fase se “pierde”: en realidad se invierte en reorganizar la estructura interna de la sustancia.
  • Creer que el punto de ebullición es siempre 100 °C: solo es así para el agua a presión atmosférica estándar.
  • Suponer que Lf y Lv son siempre iguales para una misma sustancia: normalmente Lv es mucho mayor que Lf.
  • Olvidar sumar los tramos de calor sensible al calcular procesos que combinan varios cambios de temperatura y de fase

4. Simulador interactivo

El simulador que se utilizará para este tema es: States of Matter: Basics (PhET Interactive Simulations, Universidad de Colorado Boulder) este simulador permite observar a nivel de partículas cómo un material cambia de fase al calentarlo o enfriarlo, y explorar cómo la presión afecta el punto de ebullición.

Actividad sugerida: “Predice antes de ver”

1. Antes de abrir la simulación, predice: si calientas un sólido lentamente, ¿su temperatura subirá siempre, o habrá algún momento en que se detenga? Escribe tu hipótesis.

2. Abre el simulador, selecciona “Fases” (Phase Changes) y elige un material (por ejemplo, agua o neón).

3. Aumenta el calor gradualmente y observa el termómetro y el diagrama de energía potencial de las partículas.

4. Compara lo que observaste con tu predicción inicial: ¿coincidió? ¿Qué tramo corresponde a calor sensible y cuál a calor latente?

5. Repite el experimento reduciendo la presión del recipiente y anota cómo cambia el punto de ebullición.

A continuación el simulador:


Los 10 primeros problemas ilustran el concepto de calor latente en contextos variados: vida cotidiana, tecnología moderna e industria. El resto presentan nivel de dificultad incremental y un desarrollo formal: datos, fórmula, sustitución y resultado. 

Usa los siguientes valores de referencia a lo largo de toda la guía:

ConstanteValor
Lf del agua (fusión)334 000 J/kg
Lv del agua (vaporización)2 260 000 J/kg
c del hielo2100 J/(kg·K)
c del agua líquida4186 J/(kg·K)
c del vapor de agua2010 J/(kg·K)

1. Un cubito de hielo en tu refresco

Un cubito de hielo de 20 g (0,020 kg) a 0 °C se derrite por completo dentro de una bebida.

Aplicamos Q = m·Lf:

$$Q = 0.020 \times 334000 = 6680\ \text{J}$$

Esos 6680 J salen de la bebida, por eso esta se enfría cuando le agregas hielo.

2. Sudoración y regulación térmica

El cuerpo evapora 25 g (0,025 kg) de sudor de la piel durante el ejercicio.

Aplicamos Q = m·Lv:

$$Q = 0.025 \times 2260000 = 56500\ \text{J}$$

Esa energía sale del cuerpo, produciendo la sensación de frescor.

3. La olla a presión

En una olla a presión, la presión interna sube y el punto de ebullición del agua aumenta de 100 °C a cerca de 121 °C.

Interpretación física:

A mayor presión, se requiere más energía cinética molecular para escapar hacia el gas, por lo que el agua hierve a mayor temperatura. Cocinar a 121 °C en vez de 100 °C acelera las reacciones de cocción, reduciendo el tiempo hasta en un 70 %.

4. Congelar agua en el congelador doméstico

El congelador debe extraer el calor de 0,5 kg de agua a 0 °C para convertirla en hielo.

Aplicamos Q = m·Lf:

$$Q = 0.5 \times 334000 = 167000\ \text{J}$$

Ese calor es el que el sistema de refrigeración debe absorber del agua y expulsar al ambiente exterior.

5. El ciclo del aire acondicionado

En el evaporador de un aire acondicionado, 0,08 kg de refrigerante se evapora absorbiendo calor del aire interior (Lv del refrigerante ≈ 200 000 J/kg).

$$Q = 0.08 \times 200000 = 16000\ \text{J}$$

Esos 16 000 J se retiran del aire de la habitación, enfriándola, y luego se liberan al exterior cuando el refrigerante se condensa.

6. Escarcha en el parabrisas

En una noche fría, 2 g (0,002 kg) de vapor de agua del aire se depositan directamente como escarcha sobre el vidrio (L de deposición ≈ 2 834 000 J/kg).

$$Q = 0.002 \times 2834000 = 5668\ \text{J}$$

Ese calor se libera hacia el vidrio y el aire circundante, ya que la deposición es un proceso exotérmico.

7. Hielo seco en efectos especiales

100 g (0,1 kg) de hielo seco (CO2 sólido) sublima a temperatura ambiente (Ls del CO2 ≈ 571 000 J/kg).

$$Q = 0.1 \times 571000 = 57100\ \text{J}$$

Esa energía se absorbe del aire cercano, enfriándolo y condensando la humedad ambiental, lo que produce el efecto visual de “humo”.

8. La plancha de vapor

Dentro de una plancha, 5 g (0,005 kg) de agua se convierten en vapor para alisar la ropa.

$$Q = 0.005 \times 2260000 = 11300\ \text{J}$$

Ese vapor libera su calor latente a la tela al condensarse, ayudando a relajar las fibras arrugadas.

9. Fundición de aluminio en la industria

En una fundidora, se funde un lingote de 50 kg de aluminio (Lf del aluminio ≈ 397 000 J/kg).

$$Q = 50 \times 397000 = 19850000\ \text{J} = 19.85\ \text{MJ}$$

Esta cifra corresponde solo al cambio de fase; en la práctica se suma la energía usada para calentar el metal hasta su punto de fusión.

10. El ciclo de una vela encendida

Cerca de la llama, 4 g (0,004 kg) de cera sólida se funden (Lf de la cera ≈ 200 000 J/kg); al alejarse de la llama, esa misma cera se solidifica.

$$Q = 0.004 \times 200000 = 800\ \text{J}$$

Esos 800 J se absorben de la llama durante la fusión y se liberan al entorno durante la solidificación: un ciclo continuo de calor latente en una vela encendida.

11. Fusión simple

Datos: m = 200 g = 0,2 kg de hielo a 0 °C; Lf = 334 000 J/kg.

Fórmula:

$$Q = m \, L_{f}$$

Sustitución:

$$Q = 0.2 \times 334000 = 66800\ \text{J}$$
✅ Resultado: Q = 66 800 J = 66,8 kJ

12. Calentamiento sensible del agua líquida

Datos: m = 200 g = 0,2 kg de agua líquida; se calienta de 0 °C a 100 °C; c = 4186 J/(kg·K).

Fórmula:

$$Q = m \, c \, \Delta T$$

Sustitución:

$$Q = 0.2 \times 4186 \times 100 = 83720\ \text{J}$$
✅ Resultado: Q = 83 720 J = 83,72 kJ

13. Vaporización simple

Datos: m = 200 g = 0,2 kg de agua a 100 °C; Lv = 2 260 000 J/kg.

Fórmula:

$$Q = m \, L_{v}$$

Sustitución:

$$Q = 0.2 \times 2260000 = 452000\ \text{J}$$
✅ Resultado: Q = 452 000 J = 452 kJ

14. Proceso combinado: hielo frío hasta agua tibia (3 tramos)

Datos: m = 200 g = 0,2 kg; de hielo a −10 °C hasta agua líquida a 20 °C.

Tramo 1 — calentar el hielo de −10 °C a 0 °C:

$$Q_1 = 0.2 \times 2100 \times 10 = 4200\ \text{J}$$

Tramo 2 — fusión a 0 °C:

$$Q_2 = 0.2 \times 334000 = 66800\ \text{J}$$

Tramo 3 — calentar el agua líquida de 0 °C a 20 °C:

$$Q_3 = 0.2 \times 4186 \times 20 = 16744\ \text{J}$$

Calor total:

$$Q_{total} = 4200 + 66800 + 16744 = 87744\ \text{J}$$
✅ Resultado: Q ≈ 87 744 J ≈ 87,74 kJ

15. Proceso combinado completo: de hielo bajo cero a vapor (4 tramos)

Datos: m = 150 g = 0,15 kg; de hielo a −5 °C hasta vapor a 100 °C.

Tramo 1 — hielo de −5 °C a 0 °C:

$$Q_1 = 0.15 \times 2100 \times 5 = 1575\ \text{J}$$

Tramo 2 — fusión a 0 °C:

$$Q_2 = 0.15 \times 334000 = 50100\ \text{J}$$

Tramo 3 — agua líquida de 0 °C a 100 °C:

$$Q_3 = 0.15 \times 4186 \times 100 = 62790\ \text{J}$$

Tramo 4 — vaporización a 100 °C:

$$Q_4 = 0.15 \times 2260000 = 339000\ \text{J}$$

Calor total:

$$Q_{total} = 1575 + 50100 + 62790 + 339000 = 453465\ \text{J}$$
✅ Resultado: Q ≈ 453 465 J ≈ 453,47 kJ

16. Problema inverso: hallar la masa fundida

Datos: Se entregan 25 000 J a hielo que está a 0 °C; Lf = 334 000 J/kg.

Despejamos m de Q = m·Lf:

$$m = \frac{Q}{L_{f}} = \frac{25000}{334000}$$
✅ Resultado: m ≈ 0,0749 kg ≈ 74,9 g de hielo se funden

17. Calorimetría con cambio de fase

Datos: 50 g (0,05 kg) de hielo a 0 °C se agregan a 200 g (0,2 kg) de agua a 25 °C en un recipiente aislado. Halla la temperatura final Tf (todo el hielo se funde).

Balance de energía (calor ganado por el hielo = calor perdido por el agua tibia):

$$m_{hielo} L_{f} + m_{hielo}\, c\, T_f = m_{agua}\, c\, (25 – T_f)$$

Sustituyendo valores:

$$16700 + 209.3\, T_f = 20930 – 837.2\, T_f$$

Despejando Tf:

$$1046.5\, T_f = 4230 \;\Rightarrow\; T_f = 4.04$$
✅ Resultado: Tf ≈ 4,0 °C

18. Determinar un calor latente desconocido

Datos: 300 g (0,3 kg) de una sustancia absorben 45 000 J al fundirse en su punto de fusión.

Despejamos L de Q = m·L:

$$L = \frac{Q}{m} = \frac{45000}{0.3}$$
✅ Resultado: L = 150 000 J/kg = 150 kJ/kg

19. Comparación: calentar vs. vaporizar la misma masa

Datos: 100 g (0,1 kg) de agua: (a) se calienta de 20 °C a 100 °C; (b) esa misma agua, ya a 100 °C, se vaporiza por completo.

(a) Calor sensible:

$$Q_{sensible} = 0.1 \times 4186 \times 80 = 33488\ \text{J}$$

(b) Calor latente:

$$Q_{latente} = 0.1 \times 2260000 = 226000\ \text{J}$$

Vaporizar el agua requiere casi 6,75 veces más energía que calentarla 80 °C, porque se deben romper por completo las fuerzas de cohesión entre moléculas, no solo acelerarlas.

✅ Resultado: Qsensible ≈ 33,49 kJ · Qlatente = 226 kJ

20. Aplicación integradora: enfriamiento evaporativo del cuerpo

Datos: Persona de 70 kg, calor específico del tejido corporal ≈ 3470 J/(kg·K). ¿Qué masa de sudor debe evaporarse para bajar 1 °C la temperatura corporal?

Calor que debe salir del cuerpo:

$$Q = 70 \times 3470 \times 1 = 242900\ \text{J}$$

Masa de sudor evaporado (Q = m·Lv):

$$m = \frac{242900}{2260000}$$
✅ Resultado: m ≈ 0,1075 kg ≈ 107,5 g de sudor

Resumen visual del tema.

El recorrido de este post puede resumirse en una línea de tiempo conceptual:

1. Estados de agregación (sólido, líquido, gas) → partículas con distinta libertad de movimiento.

2. Calor sensible (Q = mcΔT) → cambia la temperatura sin cambiar la fase.

3. Calor latente (Q = mL) → cambia la fase sin cambiar la temperatura.

4. Seis cambios de fase → fusión, solidificación, vaporización, condensación, sublimación, deposición.

5. Curva de calentamiento → combina tramos sensibles y latentes en un solo proceso.

6. Aplicaciones → refrigeración, climatización corporal, industria y almacenamiento de energía.


8. Actividades prácticas propuestas

Parte I

Resuelve los siguientes 10 ejercicios por tu cuenta. Aquí solo se muestra la respuesta final para que puedas autoevaluarte después de intentarlo.

1. Calcula el calor necesario para fundir 500 g de hielo a 0 °C (Lf = 334 kJ/kg).

$$Q = 167\ \text{kJ}$$

2. ¿Cuánto calor libera 1 kg de vapor de agua a 100 °C al condensarse por completo?

$$Q = 2260\ \text{kJ}$$

3. Se funden 80 g de plomo (Lf = 23 000 J/kg). Calcula el calor absorbido.

$$Q = 1840\ \text{J}$$

4. Calcula el calor para calentar 300 g de agua líquida de 10 °C a 90 °C.

$$Q \approx 100.46\ \text{kJ}$$

5. ¿Qué masa de hielo a 0 °C puede fundirse con 100 000 J?

$$m \approx 299.4\ \text{g}$$

6. Calcula el calor total para convertir 250 g de hielo a 0 °C en vapor a 100 °C.

$$Q \approx 753.15\ \text{kJ}$$

7. 500 g de una sustancia absorben 60 000 J al fundirse. Determina su calor latente de fusión.

$$L = 120\ \text{kJ/kg}$$

8. ¿Cuánto calor absorben 10 g de hielo seco al sublimarse (Ls = 571 kJ/kg)?

$$Q \approx 5.71\ \text{kJ}$$

9. 400 g de agua a 25 °C se calientan hasta 100 °C y luego se vaporizan por completo. Calcula el calor total.

$$Q \approx 1029.58\ \text{kJ}$$

10. Un calorímetro contiene 100 g de agua a 30 °C; se agregan 20 g de hielo a 0 °C. Halla la temperatura final (todo el hielo se funde).

$$T_f \approx 11.7\ ^{\circ}\text{C}$$

Parte II

Actividades individuales

  • Construye tu propia curva de calentamiento para una sustancia distinta al agua (por ejemplo, etanol), buscando sus valores de c, Lf y Lv.
  • Resuelve 3 problemas adicionales de calorimetría con cambio de fase, inventando tus propios datos razonables.
  • Explica con tus propias palabras, en un párrafo, por qué el calor latente de vaporización es mayor que el de fusión.

Actividades colaborativas (trabajo en equipo)

  • En grupos de 3–4 personas, diseñen un experimento casero (con hielo, agua y un termómetro) para medir aproximadamente el calor latente de fusión del agua, y comparen su resultado con el valor de referencia (334 kJ/kg).
  • Debate grupal: “¿Es más eficiente energéticamente enfriar una bebida con hielo o con agua muy fría?” Argumenten usando cálculos de calor latente y sensible.

Actividad de aplicación real (proyecto corto)

Diseña una propuesta breve (1 página) para un sistema de enfriamiento evaporativo de bajo costo para una vivienda en clima cálido y seco, estimando cuánta agua debería evaporarse por hora para lograr un descenso de temperatura deseado en una habitación. Usa las fórmulas Q = mcΔT y Q = mLv, y justifica tus supuestos.


Estas preguntas se enfocan en los errores conceptuales más comunes entre estudiantes. Antes de leer la respuesta, intenta responderla tú mismo/a: ¿la sabías o la intuías?

¿Por qué la temperatura no cambia durante un cambio de fase?

Porque toda la energía entregada se invierte en reorganizar las fuerzas entre las partículas (separarlas o unirlas), no en aumentar su energía cinética promedio, que es lo que mide la temperatura.

¿Calor y temperatura son lo mismo?

No. El calor es energía en tránsito entre dos cuerpos; la temperatura es una medida del grado de agitación molecular. Puedes entregar mucho calor sin que la temperatura cambie, como ocurre durante un cambio de fase.

¿Por qué el hielo flota en el agua en lugar de hundirse?

Al congelarse, las moléculas de agua forman una red cristalina con más espacio entre ellas, por lo que el hielo es menos denso que el agua líquida. Esto es una anomalía poco común: la mayoría de sólidos son más densos que sus líquidos.

¿El calor latente de vaporización y el de condensación son iguales?

Sí, en magnitud son iguales para una misma sustancia y presión: la vaporización absorbe exactamente la misma cantidad de energía que la condensación libera.

¿Por qué cocinar en una olla a presión es más rápido?

Porque al aumentar la presión interna, el punto de ebullición del agua sube (hasta unos 121 °C), y esa mayor temperatura acelera las reacciones químicas de la cocción.

¿Qué es el punto triple de una sustancia?

Es la combinación única de presión y temperatura en la que las tres fases (sólida, líquida y gaseosa) coexisten en equilibrio simultáneamente.

¿Por qué sudar nos refresca si el sudor sale tibio del cuerpo?

El efecto refrescante no viene de la temperatura del sudor, sino de la energía que absorbe de la piel al evaporarse (su calor latente de vaporización).

¿Se puede hervir agua a temperatura ambiente?

Sí, si se reduce suficientemente la presión (por ejemplo, con una bomba de vacío). El punto de ebullición depende directamente de la presión, no solo de la temperatura.

Durante la solidificación, ¿el calor se libera o se absorbe?

Se libera. La solidificación es un proceso exotérmico: las partículas pierden energía al organizarse en una estructura más ordenada.

¿Por qué el hielo seco “humea” sin dejar líquido?

Porque a presión atmosférica normal, el CO2 no tiene una fase líquida estable en esas condiciones: pasa directamente de sólido a gas (sublimación).


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