> ## Documentation Index > Fetch the complete documentation index at: https://apuntes.simulab.es/llms.txt > Use this file to discover all available pages before exploring further. # Calorimetría: calor específico, calor latente y temperatura de equilibrio > Calorimetría explicada: Q = m·c·ΔT, calor latente, cambios de estado, temperatura de equilibrio en un calorímetro y cómo resolver problemas con hielo, con ejemplos resueltos. Mezcla agua, hielo, vapor o metales en un calorímetro y mira la temperatura de equilibrio. Echas un trozo de hierro caliente en un cubo de agua fría: el hierro se enfría, el agua se calienta y al final los dos quedan a la misma temperatura. ¿Cuál? Depende de cuánto calor cabe en cada uno. La **calorimetría** es el cálculo de ese intercambio, y explica también por qué el agua tarda tanto en calentarse o por qué un cubito de hielo enfría tanto un refresco. ## Lo que vas a aprender * La diferencia entre calor y temperatura. * Qué es el calor específico y la fórmula $Q = m\,c\,\Delta T$. * Qué es el calor latente y por qué la temperatura no cambia durante un cambio de estado. * Calcular la temperatura de equilibrio de una mezcla. * Resolver problemas con hielo. ## Cómo se usa el simulador Para cada uno de los dos cuerpos: | Control | Qué hace | Rango | | - | - | - | | **Sustancia** | Agua (o hielo), aluminio, vidrio, hierro, cobre o plomo | — | | **m · masa** | Masa del cuerpo | 50 – 2000 g | | **T · temperatura inicial** | Temperatura al empezar | −30 – 300 °C (cuerpo 1), −30 – 150 °C (cuerpo 2) | * La animación muestra el interior del calorímetro y la gráfica **Temperaturas mientras se mezclan**, con la de equilibrio en discontinua. * El panel da la **temperatura de equilibrio**, el **calor intercambiado** y el estado final del agua (líquida, hielo, mezcla o vapor). * **↺ Mezclar otra vez** repite la mezcla. ## Fundamentos teóricos ### Calor y temperatura * La **temperatura** mide la agitación media de las partículas de un cuerpo. * El **calor** es la energía que pasa de un cuerpo a otro **por estar a distinta temperatura**. Siempre fluye del caliente al frío. ### Calor específico El calor que hay que dar a un cuerpo para cambiar su temperatura es: $$ Q = m\,c\,\Delta T $$ $c$ es el **calor específico**: la energía necesaria para subir 1 K un kilogramo de la sustancia. | Sustancia | $c$ (J/kg·K) | | - | - | | Agua líquida | 4180 | | Hielo | 2100 | | Aluminio | 900 | | Vidrio | 840 | | Hierro | 450 | | Cobre | 385 | | Plomo | 130 | El agua tiene un calor específico muy alto: hace falta mucha energía para calentarla. Por eso modera el clima de las costas y se usa en radiadores y bolsas de agua caliente. ### Calor latente Durante un **cambio de estado**, todo el calor se gasta en romper (o formar) la estructura del material y la **temperatura no cambia**: $$ Q = m\,L $$ | Cambio | Calor latente del agua | | - | - | | Fusión (hielo ↔ agua) | $L_f = 334$ kJ/kg | | Vaporización (agua ↔ vapor) | $L_v = 2257$ kJ/kg | ### Equilibrio en un calorímetro En un recipiente aislado, el calor que cede el cuerpo caliente es igual al que absorbe el frío: $$ Q_{\text{cedido}} = Q_{\text{absorbido}} \qquad m_1 c_1 (T_1 - T) = m_2 c_2 (T - T_2) $$ Despejando la temperatura de equilibrio: $$ T = \frac{m_1 c_1 T_1 + m_2 c_2 T_2}{m_1 c_1 + m_2 c_2} $$ Es una **media ponderada** de las temperaturas, con pesos $m\,c$. ### Problemas con hielo 1. Calcula cuánto calor puede ceder el agua al enfriarse hasta 0 °C. 2. Calcula cuánto calor necesita el hielo para llegar a 0 °C y fundirse entero. 3. Si el agua puede dar suficiente, todo el hielo se funde y la temperatura final es mayor que 0 °C. Plantea el balance con el hielo fundido. 4. Si no, la mezcla se queda a **0 °C** con parte del hielo sin fundir. ## Ejemplos resueltos 500 g de hierro a 90 °C en 1 kg de agua a 20 °C. ¿Temperatura final? $0{,}5 \cdot 450 \cdot (90 - T) = 1 \cdot 4180 \cdot (T - 20)$ $20\,250 - 225\,T = 4180\,T - 83\,600 \Rightarrow T = 103\,850/4405 = 23{,}6$ °C. El agua apenas se calienta porque su calor específico es mucho mayor. 200 g de hielo a −10 °C en 1 kg de agua a 50 °C. **Hielo hasta 0 °C:** $0{,}2 \cdot 2100 \cdot 10 = 4200$ J. **Fusión:** $0{,}2 \cdot 334\,000 = 66\,800$ J. Total: 71 000 J. **El agua hasta 0 °C** podría ceder $1 \cdot 4180 \cdot 50 = 209\,000$ J: basta, se funde todo. **Balance:** $4180(50 - T) = 71\,000 + 0{,}2 \cdot 4180 \cdot T \Rightarrow T = 138\,000/5016 = 27{,}5$ °C. 500 g de hielo a 0 °C en 1 kg de agua a 20 °C. Fundir todo el hielo necesita $0{,}5 \cdot 334\,000 = 167\,000$ J, pero el agua solo puede ceder $4180 \cdot 20 = 83\,600$ J. La mezcla queda a **0 °C** y se funden $83\,600/334\,000 = 0{,}25$ kg: quedan 250 g de hielo. ## Experimenta con el simulador Mezcla 500 g de agua a 90 °C con 500 g de agua a 20 °C. ¿Sale la media? Repite con hierro en lugar de agua caliente. Mete 500 g de plomo a 200 °C en agua y luego 500 g de aluminio. ¿Cuál calienta más el agua? ¿Por qué? Pon agua a −20 °C (hielo) en agua caliente. Observa la meseta a 0 °C en la gráfica mientras se funde. ## Errores frecuentes * **Confundir calor con temperatura.** * **Olvidar el calor latente** cuando hay cambios de estado. * **Usar el calor específico del agua líquida para el hielo.** * **Suponer que todo el hielo se funde** sin comprobarlo. * **Escribir los ΔT con signos que se anulan.** En $Q_{\text{cedido}} = Q_{\text{absorbido}}$, escribe cada ΔT positivo. ## Preguntas frecuentes Porque el calor se gasta en romper la estructura del hielo, no en aumentar la agitación de las moléculas. Hasta que no se funde todo, la mezcla se queda a 0 °C. Un calorímetro real también absorbe calor. Su efecto se expresa como la masa de agua que absorbería lo mismo. En el simulador el calorímetro es ideal. ## Simuladores relacionados Celsius, Fahrenheit y kelvin. Qué es la temperatura a nivel molecular. Fusión, evaporación y condensación para pequeños. 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