Fundamentos especiales de los estados de la materia
Para explicar este tema lo mejor es describir los 3 estados en los que existen agua, y estos son: Sólido, líquido y gaseoso. En el caso especial de agua seria hielo, agua y vapor de agua, no todos los materiales vienen con sus 3 estados. A temperaturas inferiores a 32°F el agua está en forma sólida, entre 32°F y 212°F es un líquido y por encima de 212°F se vuelve gaseoso o vapor de agua; estas son las temperaturas a las que tiene lugar la congelación o la fusión.
Aunque la presión puede afectar las temperaturas de congelación, fusión y condensación de una sustancia
El agua tiene una propiedad y es que se expande cuando se congela casi no hay limite para el poder que ejercerá hacia afuera mientras lo hace; Las tuberías y otros recipientes cerrados deben expandirse a medida que el agua se congela o se romperá.
Una propiedad valiosa de los materiales es que no cambian la temperatura de manera uniforme, normalmente una unidad térmica británica (BTU) elevará la temperatura de 1 lb de agua 1°F. Sin embargo para cambiar de hielo a 32°F debe absorver 144 BTU, este es el calor de fusión latente de agua. Una vez que se ha cambiado a agua y seguimos suministrando calor y el agua liquida llega a 212°F esta cmienza a hervir, la temperatura en el balde no aumentará otro grado hasta que toda el agua líquida se haya evaporado y esto se llama calor latente de vaporización.
En el ciclo de refrigeración y aire acondicionado, un gas se lícua repetidamente y se le permite regresar a su estado gaseoso para aprovechar su calor latente de vaporización
Ejercicio de demostración
¿ Cuantos BTU's de calor debo aplicar a 10 libras de hielo a 20°F, para obtener 10 libras de agua para el Te a 200°F ?
Solución
Te = número de libras de hielo multiplicado por el número de grados que el agua debe elevarse para llegar al punto de fusión del hielo, además el número de libras de hielo multiplicado por el calor latente que debe agregarse por libra para cambiar el hielo a agua, además cantidad de BTU's que debe aplicarse a 10 libras de agua a 32°F para que alcance 200°F.
Te = (10 x 12) + (10 x 144) + (10 x 168) = 3240 BTU's
Notación cientifica del calor
Para recordar que se necesita 1 Btu para elevar la temperatura de 1 libra de agua 1°F, y que el agua se congela a 32°F y hierve a 212°F. Otra forma de describir este aumento es con calorías, que es la unidad de calor igual a 1/100 de la cantidad requerida para elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 0°C a 100°C.
Conversión de lecturas de temperatura
Hay (212°F - 32°F = 180°F) entre las temperaturas de congelación y ebullición de agua, pero la escala centigrada de gramos métricos tiene solo 100 de sus grados entre la congelación y la ebullición. El punto de congelación del agua es de 0°C y la ebullición es de 100°C, entonces tenemos una relación aqui de 1.8:1 entre el tamaño de celsius y el incremento de fahrenheit en la escala del termómetro. La relación 180 : 100 no es diferente de estas relaciones 1800 : 1000 o 1.8 : 1 tener 1 en cada lado de la relación nos permite hacer comparaciones, como "hay 1.8 °F para cada grado celsius
Las razones también se pueden expresar como una fracción: (3 ÷ 4) = 3:4
ya que tenemos una razón como es 180/100 o sea por cada 100°C hay 180°F y esta se puede ir reduciendo si dividimos ambos números por el mismo número
180 ÷ 2 = 90 y 100 ÷ 2 = 50, por tanto ahora tenemos 90:50 por cada 50°C hay 90°F y se puede seguir reduciendo
La escala centigrada inicia en la congelación con 0°C para el punto de congelación del agua, mientras que fahrenheit comienza en un punto arbitrario de 0°F y tiene como 32°F punto de congelación del agua, esto debe tenerse en cuenta al hacer conversiones
Veamos
C = (F - 32) x (5 ÷ 9)
C = (32 - 32) x (5 ÷ 9)
C = 0 x (5 ÷ 9) = 0
Y ahora la formula derivada a continuación debera funcionar para encontrar la temperatura fahrenheit, sabiendo que el agua hierve a 100°C y a 212°F. Entonces probamos la formula a continuación con 100°C y vemos si la respuesta es 212°F.
Veamos
F = (C x (9 ÷ 5)) + 32
F = (100 x (9 ÷ 5)) + 32
F = 180 + 32 = 212
Ejercicios de aprendizaje
Ejercicio N° 1
¿ Cúal es el grado de lectura en centigrados para 0°F ?
Solución
C = (0 - 32) x (9 ÷ 5)
C = -32 x (9 ÷ 5) = -17.8°
Ejercicio N° 2
¿ Cúal es el grado de lectura en centigrados para 40°F ?
Solución
C = (40 - 32) x (9 ÷ 5)
C = 8 x (9 ÷ 5) = 14.4°
