8. EJERCICIOS RESUELTOS SOBRE CALOR.pdf

© Lic. Fís. John Cubas Sánchez, Mg.EJERCICIOS RESUELTOS SOBRE CALOR 1. En su luna de miel, James Joule viajó de Inglaterra a Suiza. Trató de verificar su idea de la convertibilidad entre energía mecánica y energía interna al medir el aumento en temperatura del agua que caía de una catarata. Si el agua de una catarata alpina tiene una temperatura de 10 °C y luego cae 50 m (como las cataratas del Niágara), ¿qué temperatura máxima podría esperar Joule que hubiera en el fondo de las cataratas? SOLUCIÓN: Datos: To = 10 °C h = 50 m T=? ce H 0 = 4186 J/kg °C 2 Masa = M Teniendo en cuenta que la masa de agua se encuentra a una determinada altura respecto al fondo, entonces asumimos que almacena una energía potencial gravitatoria, de valor: Ug  m g h U g  M (9,8) (50) gravitatoria se convertirá en calor cuando el agua hace contacto con aquél, así: Q Ug m ce T  U g M 4186 T  490 M 490 4186 T  0,117 C T  Finalmente la temperatura máxima esperada será: T  To  T T  10  0,117 U g  490 M T  10,117 C Para lograr la máxima temperatura en el fondo, debemos suponer que toda la energía potencial 2. En el dispositivo mostrado (utilizado por Joule para determinar el equivalente mecánico del calor), la masa de cada uno de los dos bloques es de 1,5 kg, y el tanque aislado se llena con 200 g de agua. ¿Cuál es el aumento de la temperatura del agua después que los bloques caen una distancia de 3 m? 1 es decir no hay flujo de energía por calor entre el agua y su entorno.84 cal 4.056 cal g C Q  293. Así: 3.2 4186 T  0.23 kJ m = 525 g ce = ? Debido al equivalente mecánico del calor.23 kJ de energía por calor.© Lic.84 525 10 ce  0. 2 mbloque g h magua ce 2 1. SOLUCIÓN: Datos:  T = 10 °C Q = 1.105 C La temperatura de una barra de plata sube 10 °C cuando absorbe 1.3 K. Mg.186 J Luego el calor específico será: Q ce  m T ce  293.59. John Cubas Sánchez.092 cal/g oC y el calor 2 . La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico de la plata. Un bloque de 1 kg de cobre a 20 °C se pone en un gran recipiente de nitrógeno líquido aislado a 77.23 kJ  4.83 0. Si El calor específico del cobre es 0. Entonces el cambio de energía interna en el agua se debe exclusivamente al trabajo efectuado por los bloques durante su caída.2 kg h=3m ce agua = 4186 J/kg °C 2 mbloque g h  magua ce T T  T  El contenedor está térmicamente aislado. SOLUCIÓN: Datos: Ug  Q mbloque = 1. al calor será: 1cal Q  1. Fís.5 kg magua = 200 g = 0. en cal/g °C. John Cubas Sánchez.© Lic. aplicando el principio fundamental de la calorimetría: Qganado  Q perdido  0 QN2  QCu  0 mN2 LVN 2  mCu ceCu T  0 mN2 48  10000.092 195.71 g 48 . Mg.092215. así.85 mN 2  413. ¿cuántos kilogramos de nitrógeno hierven para cuando el cobre llega a 77.3 K).85 °C Nitrógeno líquido: mN2 = ? LV N = 48 cal/g 2 La vaporización del hidrógeno se debe al calor recibido de la barra de 3 cobre.15 = –195.85  20  0 mN 2  10000.3 K? SOLUCIÓN: Datos: Cobre: mCu = 1 kg = 1000 g To = 20 °C CeCu = 0. latente de vaporización del nitrógeno es 48 cal/g (a 77. Determine. Fís.3 K – 273.092 cal/g oC T = 77.