Calorimetria

Equilibrio térmico

Ejercicio 10-1

a) ¿Cuántas calorías de calor se requieren para elevar la temperatura de 3 kg de aluminio de 20 °C a 50 °C?

b) Se utilizan 2 kcal para calentar 600 g de una sustancia desconocida de 15 a 4.0°C ¿Cuál es el calor especifico de la sustancia?

c) Una pieza de cadmio de 50 g está a 20° C. Si se agregan 400 g de cadmio ¿cuál será su temperatura final?

Rtas: a) 1.935x 104 cal, 70.133 cal/g°C, c) 165.45° C.

Ejercicio 10-2.

Un sistema está constituido por tres cuerpos de masas G1, G2 y G3, calores específicos c1, c2 y c3 y temperaturas t1, t2 y t3.

¿Qué cantidades de calor entregará si su temperatura llega a t0, sin que exista cambio de fase? Datos: c1 y c2 constantes, c3 = a + bt, t1<t0<t2<t3

Rta : ΔQ = G1c1 (t0-t1)-G2c2(t2-t0)-G3(t3-t0)[a+b/2 (t3+t0).

Ejercicio 10-3.

a) Un prisma de sección constante S y longitud L, densidad δ y calor específico constante c, está a t0. Al calentarlo por la cara perpendicular izquierda la temperatura varía según la distancia x a la mencionada cara en la forma:

t = t0+(tM-t0) e–kx

Calcular la cantidad de calor entregada al prisma.

b)Hallar la cantidad de calor que es necesario entregar a una sustancia e 1000g para elevar su temperatura desde 50°C hasta 100°C, sabiendo que el calor específico de la sustancia varía linealmente con la temperatura según la ecuación:

Cp = C0 + At

Siendo C0 = 0.19 cal/g°C y A = 4x10-4 cal / g (°C)2

C) ¿qué error porcentual se comete si se toma Cp = C0?

Ejercicio 10-4.

Suponga que el calor específico de una sustancia varía con la temperatura de la siguiente forma:

C = A + BT2

Donde A y B son constantes y T la temperatura Celsius. Comparar el calor específico promedio de la sustancia en el intervalo de temperatura T = 0 a T = T0 con el calor específico de la temperatura intermedia T0/2.

Ejercicio 10-5.

Una pava contiene agua a 20°C y se la coloca sobre un mechero de gas encendido. La presión se mantiene constante e igual a la normal. Se observa que el agua alcanza el punto de vaporización en 10 minutos y que 67.5 minutos después se ha vaporizado totalmente. Calcular el calor de vaporización del agua a partir de estos datos.

Rta. 540 kcal/g

Ejercicio 10-6.

Se hace pasar vapor procedente de agua hirviendo sobre una mezcla de hielo (100g) y agua (100g), todo a 760mmHg. Al cabo de un tiempo la masa de la mezcla aumentó en 5g ¿Cuánto hielo se ha fundido?

Rta: 40g.

Ejercicio 10-7.

Una bala de plomo de 50g posee una velocidad de 100m/s y una temperatura ti = 20°C. Choca con una pared aislante y queda en reposo. Admitiendo que no hay pérdida de energía y que la energía se utiliza 50% en deformación y 50% en aumentar la temperatura del plomo. Calcular la tf del mismo.

Rta: tf = 39.27° C.

Ejercicio 10-8.

Cuál es la temperatura final de equilibrio cuando 10 g d e lecha a 10 °C se agregan a 160 g de café a 90 C (suponga que las capacidades calóricas de los dos líquidos son iguales a la del agua y desprecie la capacidad calórica del recipiente).

Rta: 85.294 °C

Ejercicio 10-9.

Se calientan balines de cobre cada uno de 1g a una temperatura de 100° C ¿Cuántos balines se deben agregar a 500g de agua, inicialmente a 20C, para que la temperatura final de equilibrio se a de 25°C (desprecie la capacidad calórica del contenedor).

Rta: 361.

Ejercicio 10-10

Una herradura de hierro de 1.5 kh, inicialmente a 600C se deja caer en un cubo que contiene 20 kg de agua a 25C ¡cual es la temperatura final’ ( desprecie la capacidad calorica del recipiente)

Rta: 29.6 °C.

Ejercicio 10-11.

Calcular la masa de plomo líquido a la temperatura de fusión que se debe mezclar con 1kg de agua para que la temperatura de ésta pase de 20°C a 60°C admitiendo que la presión es constante e igual a la normal y sabiendo que hay pérdida por vaporización local de 100mg de agua.

Rta: 2,748 kg.

Ejercicio 10-12.

Calcular la cantidad de calor necesaria para pasar 2kg de hielo a -20°C a vapor a 120°C.

Cp (hielo) = 0.5 cal/g°C

Cp (agua) = 1 cal/ g°C

Cp (vapor) = 0.5 cal/ g°C

Los calores latentes de fusión y vaporización son: lf = 80cal/g y lv= 540 cal/g.

Ejercicio 10-13.

¿Cuál es la mínima cantidad de agua a 20°C necesaria para convertir 1kg de plomo fundido a 327°C (temperatura de fusión normal) a plomo sólido a la misma temperatura (el agua se vaporiza totalmente)?

Datos: el calor de fusión del plomo: 1.18x 104J/kg

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