UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
FACULTAAD DE INGENIERÍA AREA DE FISICA Prof. Pablo Lino Oregón PROLEMAS SORE CALORIMETRIA PREGUNTAS 1. ¿Qué es calor latente de fusión de un sólido? 2. Cierta Cierta Sust Sustanc ancia ia de masa masa 1800 1800 g y a 50ºC 50ºC se sumer sumergen gen en en 05 05 !t de de agua agua a 1"ºC 1"ºC en un calor#metro. calor#metro. $l ca%o de un tiem&o tiem&o la tem&eratura tem&eratura de e'uili%rio e'uili%rio térmico es de (1ºC. Calcule el calor es&ec#fico )Cal*gºC+ de la sustancia. ),-. inal 2002/+ a+ 01 (.
%+ 020
c+ 0(0
d+ 05
e+ 01.
3os 3os sust sustan anci ciaa sóli sólida dass dife difere rent ntes es $ y 4 tiene tienen n igua iguall masa masa y tem& tem&er erat atur ura a se sumergen en agua caliente. odemos afirmar 'ue6 ),-. inal 2002/+ .
la sust sustanc ancia ia con con menor menor calo calorr es&ec es&ec#fi #fico co se se cali calient entaa m7s m7s r7&i r7&ido. do.
.
$m%as $m%as se calie calienta ntan n con igual igual ra&id ra&ide e &or &or tener tener igual igual masa. masa.
. . 9eci 9eci%e %en n calor calores es dife diferen rentes tes.. :. :. !a sustancia sustancia con mayor mayor calor calor es&ec#fi es&ec#fico co se calienta calienta m7s r7&ido. r7&ido. a+ :: .
%+ ::
c+ ::
d+ :
e+ ::
Con res&ecto res&ecto al com&or com&ortam tamien iento to térmic térmico o de de las las sustan sustancia cias6 s6 ),-. Sustitutorio 2002/+ .
a may mayor or masa masa may mayor or calo calorr es& es&ec ec#f #fic ico. o.
.
$ menor menor calo calorr es&ec#f es&ec#fico ico se enfr enfr#a #a m7s m7s r7&id r7&idame amente nte..
. $ mayor mayor calor calor es&ec#fico es&ec#fico se calienta calienta m7s r7&idam r7&idamente. ente. :. :. $ mayor mayor calor calor es&ec#fico es&ec#fico se caliente caliente m7s lentam lentamente ente a+ ::
%+ ::
c+ ::
d+ ::
e+ ::
PROLEMAS 1.
Cuanto Cuantoss ;ilogr ;ilogramo amoss de
si el agua 'ue se o%tiene se encuentra a una tem&eratura de 0ºC. considere !f 80cal*g != 50 cal*g 9@$6 m 8 ;g
2.
An calor#metro contiene 00 g. de agua a la tem&eratura de 5 °C &osteriormente se agregan al calor#metro 200 g. de agua a la tem&eratura de 10 °C y 00 gr. de magua 500 g > %+ 0 °C
(.
An reci&iente &ara cocinar so%re un 'uemador con su flama %aa contiene 10.0 ;g de agua y una masa desconocida de
.
Si se =ierten 500 gramos de &lomo fundido a (2"EC dentro de una ca=idad en un gran %lo'ue de c &lomo 00(05 cal*gEC > ! fusion
5.
An calor#metro de masa des&recia%le contiene 500 g de agua y 0 g de ! f 80 cal*g+. 3etermine6 ),-. Sust. 2002/1+ a+ !a tem&eratura de e'uili%rio del sistema %+ !a com&osición final 9&tas6 a+ 100°C %+ m=a&or 8"0 g> magua "25F g
.
3entro de un calor#metro de ca&acidad calor#fica des&recia%le se tiene una mecla de 10 g. de agua y 100 g de
9&ta. 10F5 g ".
,n un calor#metro de ca&acidad calor#fica des&recia%le se tiene 200 g de agua a la tem&eratura de (0ºC. ),-. Sustitutorio 2002/+ a+ ¿Qué cantidad de
8.
An calor#metro de masa des&recia%le contiene 500 g de agua y 0 g de
F.
¿Cu7ntos ;g de
10. 3os cu%os de
Se tiene un sistema térmicamente aislado conformado &or un reci&iente de =idrio de 100 g de masa conteniendo 200 g de agua y una masa desconocida de =a&or de agua a 1(0 ºC. !a tem&eratura del reci&iente con agua es de 20 ºC. Si des&ués se mecla el =a&or con el agua calcule la masa del =a&or &ara 'ue la tem&eratura de e'uili%rio sea de 50 ºC. c=a&or 2010 H*;g.ºC ! agua 22 - 10 H*;g c =idrio 8(" H*;g.ºC c agua 18 H*;g.ºC 9&ta. 10F-10 /( ;g
1(. An reci&iente de ca&acidad calor#fica des&recia%le contiene 100 g de agua a 20ºC al cual ingresan 100 g de 100 y
0215 cal*goC> res&ecti=amente y los calores latentes del agua6 !80 cal*g !:50 cal*g se &ide6 a+ ¿Cu7ntos cuer&os &artici&an en los intercam%ios de calor? e-&li'ue. %+ ¿Cómo se llama el estado final 'ue alcanan los cuer&os? cuantifi'ue este estado final indicando 'uienes ganan y 'uienes &ierden calor. 9&ta. a+ Iecla
Ana %ala de &lomo de 20 g de masa se des&laa con =elocidad = y se incrusta en un costal de arena donde se detiene. ¿Qué =elocidad m#nima )en m*s+ de%e tener la %ala &ara 'ue se caliente y luego se funda en la colisión? Considere 'ue toda la energ#a térmica originada en el c
15. An anillo de co%re tiene un di7metro de interior de 10000 &ulg cuando su tem&eratura es de 0 ºC. Ana esfera de aluminio tiene un di7metro de 10020 &ulg cuando su tem&eratura es de 100 ºC. Si la esfera se coloca encima del anillo como indica la figura se o%ser=a 'ue la esfera &asa usto a tra=és del anillo cuando am%os alcanan la tem&eratura de e'uili%rio. Si no se &ierde calor en el am%iente calcule el =alor de mesfera*manillo. /1 /1 α$l 2 - 10 ºC αCu 1" - 10 ºC c $l 0215 cal*g.ºC cCu 00F2( cal*g.ºC. 1. or medio de un tu%o se conducen (50g de =a&or de agua a 150ºC
TRANSMISI!N DEL CALOR PREGUNTAS 1. ,-&li'ue 'ue es fluo de calor a tra=és de una %arra y 'ue lo origina. 2. Ana %arra de cierto material tiene 0 cm. de longitud y 2cm 2 de 7rea trans=ersal. Sus e-tremos se encuentran a una tem&eratura de 180ºC y 20ºC. Ballar la tem&eratura )ºC+ a 10 cm del %orde fr#o. ),-. inal 200/+. 9&ta. 0 C (. a. %. c. d.
odemos afirmar acerca de la conducción6 es dominante en los sólidos. uede tener lugar en el =ac#o ,n los metales los electrones uegan el rol &rinci&al m&lica el mo=imiento de masa. a+ :: %+ :: c+ :: d+ :
e+ ::
. ,-&li'ue el &roceso de trans&orte de calor &or radiación.
PROLEMAS 1. !a sección de &asaeros de un a=ión a reacción )et+ comercial tiene la forma de un tu%o cil#ndrico de (5 m de largo y 2.5 m de radio interior. Sus &aredes est7n forradas con un material aislante de .0 cm de es&esor de conducti=idad térmica D .0 - 10 /5 cal*s.cm.ºC. ,l interior se mantiene a 25 ºC mientras 'ue el e-terior est7 a G(5 ºC. ¿Qué tasa de calefacción )en cal*s+ es necesaria &ara mantener esta diferencia de tem&eratura. Sugerencia6 considere la conducción radial cil#ndrica. 9&ta6 F.( DJ. 2. Que cantidad de calor fluye en 10s &er&endicular a una l7mina de &lomo de 10 cm 2 de sección trans=ersal ( cm de es&esor y diferencia de tem&eratura entre las caras (0ºC. )D 0.08 cal*cms ºC+. 9&ta 6 80 cal (. !a figura muestra dos %arras 'ue conducen calor de la misma sección trans=ersal $ 100 cm2 una de co%re ) D co%re 0F2 cal*s/cm/°C !1 80 cm+ y la otra de acero )D acero 012 cal*s/cm/ °C !2+ del reser=orio con =a&or a la tem&eratura @1 100°C al reser=orio de %+ m =a&or 8Fg > m
9&ta6 a+ 108 cal*s> c+ 1001" °C . Sea una %arra de longitud 100 cm de 7rea 0 cm 2 y de coeficiente de conducti=idad 0F cal* °C/s/cm. An e-tremo esta en contacto con =a&or de agua a 100 °C mientras el otro e-tremo esta en contacto con %+ m =a&or 8 g ". An de&ósito cerrado cK%ico de es&uma de estireno mide &or (0 cm &or lado y 20 cm de es&esor las &aredes internas se encuentran a tem&eratura de 5 °C y las e-ternas a 25°C. Si se necesitan 8 %+ ,l gradiente de tem&eratura )d@*d-+ 9&ta6 a+ 025" cal*s/m/ °C> %+ 00FF °C*cm 8.
An calentador alcana la tem&eratura de 1000°C cuando se conecta al tomacorriente y se com&orta como cuer&o negro. Considere la tem&eratura am%iental de 20°C. a+ Su&oniendo 'ue consume 800J y toda su energ#a la cede &or radiación ¿cu7l es el 7rea efecti=a de la su&erficie radiante? %+ Se desea reducir el consumo a "00J. ara ello se &inta la su&erficie con cierta sustancia. ¿Cu7l de%e ser su emisi=idad? 9&ta. a+ 5(F-10 /( m2 %+ 08"5 F. !a &otencia solar media &or unidad de 7rea 'ue se reci%e en la tierra es a&ro-imadamente 1200J*m2. 9adio del sol F-10 8m. 3istancia @ierra / Sol 15-10 11m. Calcular6 a+ !a tem&eratura media en la su&erficie del sol considerando 'ue éste irradia como un cuer&o negro. %+ !a energ#a 'ue incide so%re un 7rea
Ana olla con fondo de aluminio de 15 cm de es&esor esta so%re una estufa caliente. !a su&erficie del fondo de la olla es de 1500 cm 2. ,n el interior de la olla
11.
,n el la%oratorio el radio interior de un tu%o med#a ( mmy el radio e-terior mm y la longitud 80 cm. or el interior se
9&ta6 a+ 221 cal*s %+ 15"25 cal c+ 0EC. ),-. inal 200(/+
12. Ana lamina de co%re de 05m de es&esor se &rensa contra una lamina de acero de igual 7rea $025m2. !a tem&eratura en la interfase 'ue se&ara am%os materiales T x=(T 1+T 2 )/2 siendo T 1=200°C y T 2=0°C la tem&eratura en las caras li%res del co%re y del acero. Si las conducti=idades térmicas =alen Dcu0F2cal*EC.s.cm Dac012cal*EC.s.cm. Balle6 a+ ,l es&esor de la l7mina de acero )! ac+. %+ !a e-&resión del fluo calor#fico B del sistema. c+ Lrafi'ue @ =ersus M. 9&ta. a+ !ac01(cm %+ B55.(1J c+. ),-. Sust. 200(/+
1(. 3os %arras idénticas se utilian &ara conducir el calor como indica la figura )a+. Se o%ser=a 'ue el fluyen (0 calor#as en 2 minutos. ¿Qué tiem&o de%e transcurrir &ara 'ue fluyan las (0calorias si las %arras se unen como indica la figura )%+? 9&ta. 05 minutos
1.
Ana =entana de cristal esta constituida &or dos 5(( cal*s
%+ 08 cal*s/cm/C y 10" cal*s/cm/C 1. 3os %arras met7licas cada una de longitud 8 cm y sección trans=ersal rectangular de lados 2 y cm est7n encaadas entre dos &aredes una a 100 ºC y otra a 0 ºC. !as %arras son de $l y $g. 3eterminar6 ); $g 2" J*m C ; $l 2(8 J*m C+ a+ ,l fluo de calor a tra=és de las %arras. %+ !a tem&eratura en la interfase. 9&ta. a+ 15( J %+ (58 C 1". Ana =entana térmica consiste de dos ca&as de =idrio )D080 J*mºC+ de es&esor 25 mm cada una se&aradas &or un es&acio de aire de (5 mm. !a su&erficie de la =entana es (0 m2. Si la tem&eratura e-terior es 8°C y la interior es 20° )D aire 002( J*m C+ calcular6 a+
!a cantidad de calor necesaria &ara ele=ar su tem&eratura en 20 EC.
%+
Si se desea mantener una tem&eratura interior de 0 EC y la tem&eratura media e-terior es de 20 EC calcular las &érdidas de calor
9&ta. a+ "1-10 cal> %+ (5( cal*s
1F. Ana %arra de co%re est7 unida a una %arra de aluminio de la misma sección recta $20cm2. An e-tremo de la %arra com&uesta esta sumergido en agua a 100EC y el otro e-tremo en una mecla de agua y %+ 12F cm> c+ 1 g 20.
Ana %arra de oro y otra de &lata est7n en contacto &ara conducir el calor como indica la figura am%os tienen igual sección trans=ersal $ 25 cm 2 e igual longitud ! (0cm. a+ P%tenga la tem&eratura @- en la unión.
%+ Calcule el fluo de calor B en cal*s. c+ 9ealice un grafico de @ =s - a lo largo de toda la %arra. D $u (1 J*m.ºC ; $g 2" J*m.ºC 1 cal 18 H 9&ta. a+ 0( C %+ 252 cal*s 21. Ana olla de aluminio ) D 00
J 0
m. s. C
+ de 20 cm. de altura cuya 7rea de la
%ase es 00cm2 es&esor de (mmm contiene agua a 100 0C. Ana cocinilla cuyas llamas alcanan la tem&eratura de 20000C le &ro&orciona calor. a+ ¿Qué cantidad de calor &or segundo atra=iesa la %ase de la olla? )2+ %+ ¿,n 'ue tiem&o se =a&oria toda el agua? )(+ 22.
,l e-tremo su&erior de una %arra =ertical de
kcal 0
m. s. C
+ se
mantiene a la tem&eratura de 100 0C mientras 'ue el otro e-tremo se a&oya en un troo de
