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Calor. Calorimetría. Cambio de fase. Equilibrio térmico.

Introducción

Introducción

Capacidad calorífica. Calor específico



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Cambio de fase. Calor latente






Problema 001 Tratando de mantenerse despierto para estudiar toda la noche el curso de Física I, un estudiante prepara una taza de café colocando una resistencia eléctrica de inmersión de 200 W en 0.320 kg de agua. a) ¿Cuánto calor debe agregarse al agua para elevar su temperatura de 20.0 °C a 80.0 °C? b) ¿Cuánto tiempo se requiere? Suponga que toda la potencia se invierte en calentar el agua.

Problema 002 Una caja con fruta, con masa de 35.0 kg y calor específico de 3650 J/kg.K baja deslizándose por una rampa de 8.00 m de longitud, que está inclinada 36.9 °C bajo la horizontal. a) Si la caja estaba en reposo arriba de la rampa y tiene una rapidez de 2.50 m/s en la base, ¿cuánto trabajo efectuó la fricción sobre ella? b) Si una cantidad de calor igual a la magnitud de dicho trabajo pasa a la fruta y ésta alcanza una temperatura final uniforme, ¿qué magnitud tiene el cambio de temperatura?

Problema 003 Un tren subterráneo de 25000 kg viaja inicialmente a 15.5 m/s y frena para detenerse en una estación; ahí permanece el tiempo suficiente para que sus frenos se enfríen. Las dimensiones de la estación son 65.0 m de largo, 20.0 m de ancho y 12.0 de alto. Suponiendo que todo el trabajo para detener el tren que realizan los frenos se transfiere como calor de manera uniforme a todo el aire en la estación, ¿en cuánto se eleva la temperatura del aire en la estación? Tome la densidad del aire como 1.20 /3 y su calor específico como 1020 J/kg.K.

Ejemplo 001 En un vaso que contiene una mezcla de hielo y agua con una masa total de .   se deja caer un bloque de cobre de .   a una temperatura de °. Cuando se alcanza el equilibrio, la temperatura de agua es ° . ¿Cuánto hielo existía en el agua antes de que el bloque de cobre se situará en él? (Despreciar la capacidad calorífica del vaso?

Ejemplo 002 Un calorímetro de masa despreciable contiene

1  de agua a 303  y 50  de hielo a 273 . Determinar la temperatura final, . Resolver el mismo problema para una masa de hielo de

500 .

Ejemplo 003 Para determinar el calor especifico de un bloque de 100 de material se introduce en un calorímetro de cobre de 25  que contiene 60  de agua. El sistema se encuentra inicialmente a 20° . A continuación se añaden 120  se agua a 80° al vaso calorímetro. Cuando se alcanza el equilibrio térmico, la temperatura del agua es 54° . Determinar el calor específico del bloque.

Ejemplo 004 Un clavo que se clava en una tabla sufre un aumento de temperatura. Si suponemos que el 60% de la energía cinética de un martillo de 1.80  que se mueve a 7.80 / se transforma en calor que fluye hacia el clavo y no sale de él, ¿Cuánto aumentará la temperatura del clavo de aluminio de 8.00  golpeado 10 veces?.

Ejemplo 005 Se añaden .   de calor a .   de hierro. (a)Determine el aumento de la temperatura del hierro. (b)Si se añade la misma cantidad de calor a .   de hierro, ¿Cuánto subirá su temperatura? (c)Compare los resultados de las partes (a) y (b) y explique la diferencia.

Ejemplo 006 En un experimento de laboratorio de física, un estudiante sumergió 200 centavos de sol en monedas de 10 centavos (cada uno con masa de 3.00  ) en agua hirviendo en condiciones normales. Una vez alcanzado el equilibrio térmico, ella los sacó y los puso en 0.240  de agua a 20 ° en un recipiente aislado con masa despreciable. Calcule la temperatura final de las monedas (hechas con una aleación de zinc con capacidad calorífica de 390 / .  .

Ejemplo 007 Un calorímetro de cobre de 0.100  contiene

0.160  de agua y 0.018  de hielo en equilibrio térmico a presión atmosférica. Si

0.750  de plomo a 255° se dejan caer en el calorímetro,

¿Qué

temperatura

final

se

alcanza? Suponga que no se pierde calor al entorno.

Ejemplo 008 Para determinar el calor especifico de un bloque de 100  de un material se introduce en un calorímetro de cobre de 25  que contiene 60  de agua. El sistema se encuentra inicialmente a

20 ° . A continuación se añaden 120  de agua a 80 ° al vaso calorimétrico. Cuando se alcanza el equilibrio térmico, la temperatura del agua es

54 ° . Determine el calor específico del bloque.

Ejemplo 009 A temperaturas muy bajas el calor específico de un metal viene dado por la expresión  =  +  3 . Para el cobre  = 0.0108 /.  2 y  = 7.62 × 10−4 /.  4 . ¿Cuál es el calor específico del cobre de masa  = 0.320  a 4 ? ¿Qué calor es necesario suministrar para calentar el cobre desde 1 a 3  ?

Ejemplo 010 En un calentador solar de agua, los colectores del tejado dentro de cuyos tubos circula el agua, aptan energía del sol. La radiación solar entra al colector a través de una cubierta transparente y calienta el agua en los tubos; esta agua es bombeada a un tanque de depósito. Suponiendo que la eficiencia de todo el sistema sea de 20% (es decir se pierde el 80% de la energía solar incidente en el sistema), ¿Qué área del colector es necesaria para sacar agua de un tanque de 200  y elevar su temperatura de 20 a 40° en 1 ℎ.? La intensidad de la luz incidente es de 700  /2 .

Ejemplo 011 Cerca del cero absoluto la capacidad calorífica molar del aluminio varía con la temperatura −5 3 = 3.16 × 10    , absoluta y está dada por en / . . ¿Cuánto calor se necesita para elevar la temperatura de 1.2  de aluminio de 6.6 a 15 ?

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