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 de unacaecatarata. Si el agua de una catarata alpina tiene una temperatura de 10que ° Ccaía y luego 50 m (como las cataratas del Niágara), ¿qué temperatura máxima podría esperar Joule que hubiera en el fondo de las cataratas? SOLUCIÓN: Datos: T o = 10 °C h = 50 m T=? ce H 0 = 4186 J /kg °C 2

gravitatoria se convertirá en calor cuando el agua hace contacto con aquél, así: Q  U  g   m ce T  U g  

Masa = M

 M 4186T  490 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:

T 

Finalmente la temperatura máxima esperada será:

h  U  g  m g h 

T  T o  T  

 M (9,8) (50)  U  g  M

T  1 10 0  0,117 

490 4186

T  0,117C  

U  g  490  490 M   M  

Para lograr la máxima temperatura en el fondo, debemos suponer que toda la energía potencial 2. 

T  10,117 C  

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 

 

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U  g  Q 

m bloque = 1,5 kg magua = 200 g = 0,2 kg h=3m

2 mbloque g h  magua ce T   T 

magua ce

ce agua = 4186 J /kg °C T 

El contenedor está térmicamente aislado; es decir no hay flujo de energía por calor entre el agua y su entorno. Entonces el cambio de energía interna en el agua se debe exclusivamente al trabajo efectuado  por los bloques durante su caída. Así:

3. 

2 mbloque g h  2 1, 1,5 59, 9,8 83 

0,2 4186

T   0,105C  

La temperatura de una barra de plata sube 10 ° C cuando absorbe 1,23 kJ de energía  por calor. La masa de la barra es de d e 525  g . Determine el calor específico de la plata, en cal /  gg °C . SOLUCIÓN: Datos:

Luego el calor específico será:

 T = 10 °C Q = 1,23 kJ

ce 

m = 525 g

c  293,84

ce = ?

Debido al equivalente mecánico del calor, al calor será: 1cal Q  1,23kJ  4,186 J

e

Q m T

52510 cal

ce  0,056



 

Q  293,84  293,84cal  cal  

4. 

Un bloque de 1 kg de cobre a 20 °C se pone en un gran recipiente de nitrógeno líquido aislado a 77,3  K . Si El calor específico del cobre es 0,092 cal / g  g oC y el calor 2 

 

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cobre; así, aplicando el principio fundamental de la calorimetría: Q ganado  Q perdido  0 

 Nitrógeno líquido: m N 2 = ?  LV   N  = 48 cal /  g g

m

2

La vaporización del hidrógeno se de debe al calor recibido de la barra

3 

Q m

 

2

 QCu  0

2

LV   N   2   mCu ceCu T  0 

m N 2  48 10000,092195,85  20 0  N 2

m

 

10000,092215,85

 413,71 g   2

48