Evaporación, Ebullición, Dilatación y Propagación del Calor: Conceptos Clave

Diferencias entre Evaporación y Ebullición

Para entender mejor los procesos de cambio de estado, es fundamental distinguir entre evaporación y ebullición:

• Evaporación:
  • Ocurre a diversas temperaturas.
  • Se produce solo en la superficie del líquido.
  • Es un proceso más lento.
• Ebullición:
  • Ocurre a una temperatura fija (punto de ebullición), siempre que la presión externa se mantenga constante.
  • Afecta a toda la masa del líquido.
  • Es un proceso más rápido.

Factores que Aceleran la Evaporación

La velocidad de evaporación aumenta con:

• Mayor superficie de contacto.
• Mayor temperatura.
• Menor humedad ambiental.
• Mayor ventilación.
• Mayor Presión

Influencia de la Presión en los Puntos de Fusión y Ebullición

La presión atmosférica afecta significativamente las temperaturas a las que ocurren los cambios de estado:

• Regla general: Al aumentar la presión, el punto de fusión aumenta (excepto en el caso anómalo del agua).
• Anomalía del agua: En el agua, un aumento de presión *disminuye* el punto de fusión.
• Ebullición: Un aumento de presión *siempre* eleva el punto de ebullición.

Estos comportamientos se visualizan en los diagramas de fases, que muestran las condiciones de temperatura y presión en las que una sustancia existe en estado sólido, líquido o gaseoso. El diagrama de fases del agua es particularmente interesante debido a su anomalía.

Efecto de las Disoluciones en los Puntos de Fusión y Ebullición

La presencia de solutos (como la sal) en un disolvente (como el agua) altera los puntos de cambio de estado:

• Aumento del punto de ebullición: Al añadir sal al agua, el punto de ebullición aumenta. Esto se debe a que las partículas de soluto interfieren con el proceso de ebullición.
• Disminución del punto de fusión: La adición de sal al agua *disminuye* su punto de fusión. Por eso se esparce sal en las carreteras heladas para derretir el hielo.

Dilatación y Contracción Térmica

La mayoría de las sustancias experimentan cambios de volumen en respuesta a variaciones de temperatura:

• Dilatación: Al aumentar la temperatura, las partículas se agitan más y se separan, provocando un aumento de volumen.
• Contracción: Al disminuir la temperatura, las partículas se mueven menos y se acercan, resultando en una disminución de volumen.

Matemáticamente:

• + Temperatura → + Volumen (Dilatación)
• - Temperatura → - Volumen (Contracción)

Dilatación Anómala del Agua

El agua presenta un comportamiento peculiar entre 0°C y 4°C. En este rango, se *contrae* al calentarse y se *dilata* al enfriarse, a diferencia de la mayoría de las sustancias. Esta propiedad es crucial para la vida acuática, ya que permite que el hielo flote sobre el agua líquida.

Mecanismos de Propagación del Calor

El calor se transfiere de tres formas principales:

Conducción

Es el mecanismo predominante en sólidos. El calor se transmite por la vibración de las moléculas, sin transporte neto de materia. La eficiencia de la conducción depende de:

• Conductividad térmica: Materiales con alta conductividad (como los metales) conducen mejor el calor.
• Gradiente de temperatura: Diferencia de temperatura entre dos puntos.
• Superficie de contacto.

Ejemplo: Un cubo de hielo se derrite más rápido sobre un metal que sobre madera porque el metal tiene mayor conductividad térmica.

Convección

Es el mecanismo principal en fluidos (líquidos y gases). El calor se transfiere por el movimiento de las propias moléculas. Al calentarse, un fluido se vuelve menos denso y tiende a ascender, mientras que el fluido más frío y denso desciende, creando corrientes de convección.

Radiación

Todos los cuerpos emiten energía en forma de ondas electromagnéticas (OEM) debido a su temperatura. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la energía emitida. La naturaleza de la radiación depende de la longitud de onda. No todas las ondas son iguales (ej., rayos X, luz visible, infrarrojo).

La capacidad de un cuerpo para absorber y emitir radiación depende de su coeficiente de emisividad y absorción. Por ejemplo, un objeto negro absorbe más radiación que uno blanco, por lo que se calienta más rápido al sol.

Balance térmico: Si un cuerpo recibe más radiación de la que emite, se calienta; si emite más de la que recibe, se enfría.