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Departamento de Prácticas FÍSICA Academia Preuniversitaria INTEGRAL FÍSICA

CALORIMETRÍA - CAMBIO DE FASE

FIPAOD13

CALORIMETRÍA

01.Calcular la cantidad de calor que recibió una pieza de acero de 5 Kg de masa al calentarla en 600°C. El calor específico del

acero es : 500 .

Rpta: 1809 Kcal

02.Determine el volumen de aceite, de calor

específico 0,5 , que tiene la

misma capacidad calorífica que un litro de agua.

Rpta: 2,5 lt.

03.En un calorímetro de equivalente en agua despreciable, se tienen “m” g de agua a 15°C, si se introducen de cierto metal a 60°C la temperatura de equilibrio es de 30°C, pero si dicho metal se introduce en “2m” g de agua a 15°C, entonces la temperatura de equilibrio será :

Rpta: 24°C

04.El poder calorífico del carbón vegetal es de

cal/Kg. ¿Cuántos kilos de este

combustible serán necesarios para ebullir 20 kg de alcohol?, la temperatura de ambiente es de 18°C.El calor específico del alcohol es 0,6 cal/g . °C y su temperatura de ebullición 78°C.

Rpta: 0,09 Kg

05.Un calentador de inmersión de 500 watts se coloca en un depósito que contiene 2 litros de agua a 20°C. ¿Cuánto tiempo se requerirá para llevar el agua a la temperatura de ebullición, suponiendo que el 80% de energía disponible es absorvida por el agua? ( 1 Kcal = 4200 J

Rpta: 28 minutos

06.En un calorímetro de equivalente en agua despreciable que tiene 400 g de agua a 0°C en equilibrio térmico, se vierten simultáneamente 300g; 600 g y 200 g. de agua a las temperaturas de 60°C, 80°C y 90°C respectivamente. Hallar la temperatura de equilibrio del sistema.

Rpta: 56°C

07.Un taladro emplea una potencia de 300 W para perforar esferas de acero de 2 Kg, trabajo que demanda 5 min. Hállese el incremento de la temperatura en las esferas sabiendo que estas absorben el 60% del calor desarrollado por la fricción. El calor específico del acero es 0,12cal/g°C. (1 J = 0,24 cal)

Rpta: 54°C

08.¿Qué cantidad de agua a 20°C debe mezclarse con agua a 40°C para obtener 30 g de agua a 35°C?

Rpta: 7,5 g

09.En un calorímetro de cobre se mezclan 50 g de agua cuya temperatura es de 40°C con 200 g de agua hirviendo, llegando al equilibrio el termómetro del calorímetro marca 70°C. Halle el equivalente en agua del calorímetro. La temperatura inicial del calorímetro era 20°C.

Rpta: 90 g

10.Un calorímetro, cuya capacidad calorífica es 42cal/g .°C, contiene 90 g de agua. La temperatura del conjunto es de 20°C. En su interior se coloca un bloque de hierro cuya masa es de 100 g y cuya temperatura es de 85°C. El termómetro muestra que después de alcanzar el equilibrio térmico, la temperatura del

conjunto es de 20°C. Halle el calor específico del hierro.

Rpta: 0,11 cal/g . °C

11.En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable se mezclan 100 volúmenes de agua cuyas masas y temperaturas correspondientes son: 1g a 1°C ; 2 g a 2°C ; 3 g a 3°C, .........., 100 g a 100°C. Hállese la temperatura de equilibrio.

Rpta: 67°C

12.Un vaso de aluminio tiene una masa de 400 g y está a la temperatura de 20°C, en él se depositan 60 g de aceite a 30°C y también 40 g de agua calentada hasta 80°C. Hállese la temperatura de la mezcla.Calor específico Al = 0,2 cal/g . °CCalor específico Aceite = 0,5 cal/g . °C

Rpta: 38°C

CAMBIO DE FASE

01.Calcule el calor necesario para vaporizar 20 g de agua cuya temperatura es 20°C.

Rpta: 12400 cal

02.En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable se tienen 60 g de hielo a -10°C. ¿Qué cantidad de agua a 50°C se necesitará para fusionar todo el hielo?

Rpta: 102 g

03.Un calorímetro de equivalente en agua despreciable contiene 500 g de agua y 300 g de hielo en equilibrio térmico, se toma un bloque metálico de 1 Kg de un horno cuya temperatura es 240°C y se deja caer rápidamente dentro del calorímetro, resultando que se produce exactamente la fusión de todo el hielo. ¿Cuál sería la temperatura de equilibrio si la masa del bloque fuera el doble de la inicial?

Rpta: 24°C

04.¿Qué cantidad de agua se puede llevar al punto de ebullición (a presión atmosférica normal), consumiendo 3 kw-h de energía?. La temperatura inicial del agua es de 10°C, se desprecian las pérdidas de calor.

Rpta: 28,8 Kg

05.El agua de un radiador de automóvil hierve a 100°C, a razón de medio litro cada 30 minutos. Hallar la potencia en C.V. que se pierde por este motivo.

Rpta: 0,853 C.V.06.¿A qué temperatura se enfrían 5 Kg de

agua a 100°C, dejando en ella 3 Kg de hielo a 0°C?

Rpta: 32,5 °C

07.Dos kilogramos de hielo a -20°C se echan en 10 Kg de agua a 60°C. Halle la temperatura final.

( )

Rpta: 35°C

08.1 g de hielo a 0°C se mezclan con 1 g de vapor de agua a 100°C a la presión normal. Hallar la temperatura de equilibrio.

Rpta: 100°C

09.10 g de hielo a -20°C se echan a 30 g de agua cuya temperatura es 25°C, encuentre la temperatura de equilibrio y composición de la mezcla en este equilibrio.

Rpta : T = 0°C

10.Un cubo de hielo cuya masa es de 50 g y cuya temperatura es de -10°C, se coloca en un estanque de agua la cual se encuentra a 0°C. ¿Qué cantidad de agua se solidificará?

Rpta: 53,125 g

11.En un calorímetro de aluminio de 50 g

que contiene

100 g de agua y una masa “m” de hielo en equilibrio (T=0°C), se añade 10 g de vapor a 100°C, obteniendo una temperatura final de 40°C. Hallar “m”.

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Rpta: 13,3 g

12.Un kilo de hielo a 0°C con velocidad de 41,8 m/s choca contra un lago congelado a 0°C. ¿Cuántos gramos de hielo se funde?

Rpta: 2,6 g

PROBLEMAS PROPUESTOS

01.Usando un calentador de 400 w se prepara una jarra de té, para lo cual se debe hacer hervir medio litro de agua desde la temperatura inicial de 20°C. Halle el tiempo necesario para esto.

Rpta : 6,96 minutos

02.Un tanque de capacidad calorífica despreciable contiene 200 lt. de agua a la temperatura de 18°C y el gas natural tiene un calor de combustión de 9000 Kcal por m3. ¿Cuánto de gas es necesario para calentar agua hasta 63°C?. Considere un 20% en pérdidas en la transferencia de calor

Rpta : 1,25 m3

03.100 litros de agua son calentados desde 10°C hasta 60°C, considerando un 30% en pérdidas en la transferencia de calor. ¿Cuántos kilogramos de carbón de piedra necesitará?El poder calorífico del carbón de piedra es 7000 Kcal/Kg.

Rpta : 1,02 Kg

04.(UNI). Se ha quemado 7 g de carbón totalmente hasta ser transformado en

en un calorímetro de cobre, la masa

del calorímetro es de 2500 g y la masa del agua en el calorímetro es de 3000 g. La temperatura inicial ha sido de 30°C y la final de 40°C; se desea conocer el valor calorífico del carbón en calorías, sabiendo que el calor específico del cobre es 0,9.

Rpta : 7500 cal/g

05.En un calorímetro de flujo continuo, cierto aceite fluye a razón de 4 Kg/min, ingresa a la temperatura de 30°C y sale a la temperatura de 50°C. El calentador del calorímetro provee 44 Kcal/min. Halle el calor específico del aceite.

Rpta : 0,55 cal / g . °C

06.Abriendo la llave del agua caliente de una tina se vierten 60 lt de agua a 80°C. ¿Cuántos litros de agua fría a 10°C se necesitan para bajar la temperatura a 40°C?

Rpta : 80 lt.

07.A la temperatura de 28°C, un calorímetro cuyo equivalente en agua es 50g, contiene 300g de agua. ¿Cuál sería la temperatura de equilibrio cuando en él colocamos 2 Kg de plomo a la temperatura de 200°C?Calor específico del Plomo : 0,03 cal/g . °C

Rpta : 53,2 °C

08.Para calcular el calor específico del aluminio, 150g de aluminio a 100°C se coloca en un calorímetro de 50g que contiene 100g de agua a 20°C. Si la temperatura final de la mezcla es 40°C. ¿Cuál es el valor hallado?.Calor específico del calorímetro : 0,2 cal/g . °C

Rpta : 0,24 cal/g . °C

09.Suponga que 1 Kg de plomo a 200°C se coloca en un calorímetro que contiene 200 g de agua a 0°C. ¿Cuál es el calor que absorve el calorímetro si la temperatura de equilibrio es 10°C?Calor específico del Plomo : 0,03 cal/g . °C

Rpta : 3700 cal

10.En un depósito térmicamente aislado y que no absorbe calor se mezclan 10g de agua a 10°C, 20g de agua a 20°C, 30g de agua a 30°C y 40g de agua a 40°C. Evalue la temperatura del equilibrio térmico.

Rpta : 30°C

11.Encuentre la temperatura de una varilla metálica, sabiendo que si es colocada en 400 g de agua a 20°C, la temperatura de equilibrio llega a ser 50°C, pero si se introduciera en 1400g de aceite a 25°C el equilibrio se alcanzaría a 40°C. El calor específico de este aceite es 0,8 cal / g . °C.

Rpta : 75°C

12.A la temperatura ambiente de 20°C, sobre una mesa se hallan dos platos de diferente masa y calidad, estos platos deben recepcionar el agua hirviendo de un recipiente y con el objeto de que ambos alcancen la misma temperatura final, la masa de agua hirviendo se dividió en dos partes, pero al vaciar el agua por error los platos recepcionaron el agua que correspondía al otro elevándose sus temperaturas hasta 25°C el uno y 50°C el otro. ¿En qué relación se dividió la masa de agua hirviendo? Rpta : 1/3

13.Se introduce 10g de hielo a 0°C en un calorímetro que contiene 200 g de agua a 25°C. Si no se tiene en cuenta el calorímetro, la temperatura final será :

Rpta : 20°C

14.Si en el problema anterior se considera que la masa del calorímetro es 400 g y su calor específico 0,1 cal/g .°C. ¿Cuál será la temperatura de equilibrio?

Rpta : 16,8°C

15.Se suministra 50 cal por segundo a una muestra formada por un bloque de hielo a 0°C de 10 g. ¿Cuánto tiempo se necesita para que toda la muestra se transforme en vapor a 100°C?

Rpta : 144 s

16.Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 g de hielo a 0°C y 150 g de vapor de agua a 100°C.

Rpta : 100°C

17.En un calorímetro de aluminio cuya masa es de 100g (calor específico 0,2 cal/g.°C) hay en equilibrio agua y 20g de hielo, si en él se hace condensar 10g vapor a 100°C la

temperatura final de equilibrio es 50°C. Hállese la masa original de agua que había en el calorímetro.

Rpta : 46g

18.El diagrama T vs Q muestra el calor transmitido a una pieza metálica de masa “m” cuyo calor específico es 0,05 cal/g.°C. Hallar :a) La masa “m”b) El calor latente específico de fusión

Rpta : 4,44 g y 36 cal/g19.La capacidad calorífica de un depósito es

de 10 cal/g.°C, en él se halla en equilibrio 30g de agua y 20g de hielo. ¿Cuánto de vapor a 100°C debe ingresar al depósito para que la temperatura se eleve hasta 40°C?

Rpta : 6,7 g

20.(UNI). ¿Qué cantidad de agua se puede llevar al punto de ebullición (a presión atmosférica), consumiendo 3 Kw-h de energía? La temperatura inicial del agua es de 10°C. Se desprecian las pérdidas de calor.

Rpta : 28,8 Kg

21.Introducimos 30g de hielo a -20°C en 100g de agua a 10°C empleando un calorímetro de aluminio de 50g cuya temperatura era de 20°C. Halle la temperatura de equilibrio si el calor específico del aluminio es 0,2 cal/g .°C y para el hielo 0,5 cal/g . °C.

Rpta : 0°C

22.Halle la altura desde la cual se debe dejar caer un cuerpo cuyo calor específico es de 0,5 cal/g.°C, para que su temperatura se incremente en 1,2°C. Considere que en el choque toda la energía mecánica del cuerpo se convierte en calor y no hay pérdidas. (g = 10 m/s2)

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Rpta : 250 m

23.El salto del Angel (Venezuela) tiene una altura de 980 m. Si toda la energía potencial del agua que cae se convierte en energía térmica interna (en vez de energía cinética). ¿Cuál será el aumento de temperatura en el fondo del salto?

Rpta : 2,3°C

24.(UNI). Una bala de plomo (calor específico 0,03 cal/g.°C) de 100g está a una temperatura de 20°C se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 420 m/s y al regresar al punto de partida choca con un trozo de hielo a 0°C. ¿Cuánto de hielo se funde?Equivalente mecánico del calor : 4,2 J/calCalor de fusión del hielo : 80 cal/g

Rpta : ..............

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