Practica Calor y Temperatura

1.)Un trozo de 300g de Cobre se calienta en un horno y en seguida se deja caer en un calorimetro de 500 gr de Aluminio que contiene 300 gr. de agua. Si la temperatura del agua se eleva de 15 a 30°C, cual era la temperatura inicial del Cobre?, cuanto calor se debe agregar a 20 gr de Aluminio a 20°C para fundirlo completamente

2.)Un calorimetro de Al de masa 100 gr contiene 250 gr de agua a 10°°C, se coloca un bloque de Cobre de 50 gr y otro bloque desconocido de masa 70 gr a una temperatura de 100°C. Todo el sistema llega al equilibrio a 20°C. Determine el calor especifico del bloque desconocido y el posible material.

3.)A un recipiente de estireno 200 gr de Hg a 0°C se le agrega 50 gr de alcohol a 50°C y 100 gr de agua a 100°C. Cual es la temperatura final de la mezcla, cuanto calor fue ganado o perdido por el Hg, alcohol y agua (CeHg=0,033cal/gr°C; Cealcohol=0,58cal/gr°C)

4.)En un recipiente asilado se agregan 250 gr de hielo a 0°C a 600 gr de agua a 18°C. Cual será la temperatura final y cuanto hielo queda

5.)Se enfría un bloque de hielo de 40 kg a -78°C. A esto se agrega 560 gr de agua en un calorimetro de 80 gr de cobre a temperatura 25°C. Determine la temperatura final, se funde todo el hielo?(Cehielo=0,48 cal/gr°C)

6.)Determine el estado final cuando se mezclan 20 gr de hielo a 0°C con 10 gr de vapor a 1000°C

7.)Una cacerola con agua se coloca en el sol hasta que alcanza una temperatura de 30°C. La cacerola es de Al de 100 gr y contiene 180 gr de agua; para enfriar el sistema se agregan 100 gr de hielo a 0°C. Determine la temperatura final, cuando la temperatura es 0°C cuanto hielo queda sin fundir.

8.)Un centavo de Cobre de 3gr a 25°C cae al piso de una altura de 50m. Si el 60% de su energía potencial se gasta en energía interna, cual será la temperatura final?

9.)Una bala de plomo de 3 gr viaja a 400m/s y se detiene en un árbol; si toda su energía cinética se transforma en térmica determine el incremento de temperatura de la bala(es razonable?)

10.)Los muros de un refugio de alta montaña constan, desde el exterior, de una pared de hormigón de 15 cm de espesor, de una capa aislante de 3 cm de espesor y de un recubrimiento interior de madera de 1 cm de espesor. Calcula el flujo calorífico conducido por m2 y hora a través de los muros cuando la temperatura exterior es de –15ºC y la interior de 10ºC. .Obténga las temperaturas en las interfases del muro en la situación de equilibrio.(khormigón

= 0,03cal/m s °C; kmadera = 0,00003cal/m s °C; kaislante = 0,00001cal/m s °C)

11.)Una viga de acero de 6 m de longitud y 300 cm2 de sección transversal, se instaló bien empotrada en muros, a una temperatura de 20ºC. ¿Qué esfuerzo interno soportará la viga cuando al mediodía en verano su temperatura alcance los 50ºC? ¿Se deformará? (Yacero = 2,1x1011N/m2;αacero = 12x10-6°C-1;σacero = 5x108N/m2)

12.)Se va a diseñar una cámara frigorífica para un supermercado cuyas dimensiones interiores son 8m6m3m. Las paredes, techo y suelo están compuestas por materiales que, de dentro a fuera tienen las características (espesor, coef. transmisión térmica): )recubrimiento plástico (1cm, k1 = 0,15kcal/m hora °C),

1. )ladrillo (5cm, , k2 = 0,45kcal/m hora °C), 2. )aislante térmico (10 cm, k3 = 0,035kcal/m hora °C) y

3. )mampostería de hormigón (15cm, k4 = 0,1kcal/m hora °C).Se requiere que, alcanzado el régimen estacionario, la temperatura interior sea de –20ºC, con una temperatura exterior máxima de 28ºC. Considerando la puerta con las mismas características de aislamiento térmico, calcula la potencia máxima necesaria del sistema de refrigeración (frigorías/hora) para mantener las condiciones indicadas (1 frigoría es equivalente a –1 kcal).

13.)El interior de un horno contiene un fluido que se halla a una temperatura de 1280 ºC. La temperatura exterior es de 30 ºC. Se desea que el horno pierda 800 kcal/m2hora y, para ello, el espesor total de la pared debe ser de 40,0 cm. La pared del horno se compone de los siguientes materiales desde el interior al exterior: primero un material refractario cuyo coeficiente de conductividad es, k1=1kcal/m hora °C, otro material de, k2=0,2kcal/m hora °C y, finalmente, de una capa de fibra de vidrio cuyo , k3=0,1kcal/m hora °C. La temperatura del plano común al segundo y tercer material es T3 = 430 ºC. Los coeficientes de convección-radiación interno y externo valen hi=50 kcal/m2horaºC/ y he = 10 kcal/m2horaºC, respectivamente. Determina los espesores que deben tener cada uno de los materiales que se emplean en este horno. Calcula el perfil de temperaturas para esta pared.

14.)Un grupo de antropólogos ha de permanecer en el Ártico durante un mes y van a construir un iglú para acomodarse. Estimando que el calor generado por los habitantes del iglú será de 38 MJ/día, y que el radio del recinto hemisférico debe ser de 2m, calcula cuál debe ser el espesor de las paredes si desean una temperatura interior de 20ºC cuando la temperatura en el exterior es de –20ºC. Como aproximación, suponer que la superficie interior del iglú tiene la misma área que la exterior. (knieve = 0.18 Kcal/mhoraºC)

15.)De izquierda (medio exterior) a derecha (medio interior), un cerramiento está diseñado con los siguientes materiales: mampostería de hormigón (k = 1.2 kcal/m hora °C, e = 20 cm); aislante (k = 0.045 kcal/m hora °C, e = 10 cm); ladrillo (k = 0.45 kcal/m hora °C, e = 5 cm) y terrajeado de cemento (k = 1 kcal/m hora °C, e = 2 cm). Para lograr que la temperatura interior de la habitación permanezca constante se están suministrando 7 kcal/m2 por hora. Si la temperatura del medio exterior es de 5ºC, ¿cuál es la temperatura del medio interior? Hállese también la temperatura en la superficie de separación aislante-ladrillo.

16.)En la figura se muestra una estructura articulada constituida por tres barras de acero articuladas entre sí y ligadas mediante dos

A

B C

90º

articulaciones fijas al suelo, siendo la sección normal de las barras de 10 cm2. Si la estructura se realizó un día de verano, siendo la temperatura exterior de 35 ºC, y un día de invierno cuando la temperatura es de 8 ºC, hállese la desviación de la articulación en A, y el esfuerzo térmico en la barra BC. (acero = 1,2x10-5ºC-1; Yacero = 2,1x1011N/m2; AB = AC; BC = 2 2 m.)

17.)Una habitación, a la temperatura de 20ºC, está separada del exterior, a ºC, por un muro de 15 cm de espesor y dimensiones 2,5x3,5 m2, compuesto por una material cuya conductividad vale 0,65 kcal/m hora °C. Si en el muro se coloca una ventana compuesta de vidrio, de espesor 7 mm, calcúlese la superficie que presenta la ventana para que el flujo de calor del muro sea el cuadruple. (kvidrio = 0,82 kcal/m hora °C.)

18.)Una habitación, a la temperatura de 19ºC, está separada del exterior, a 4ºC, por un muro de 15 cm de espesor y dimensiones 2,5x3,5 m2, formado por un material de conductividad 1 kcal/m hora ºC. Determínese la potencia calorífica que atraviesa el muro en kW y el espesor que debería tener una capa aislante, añadida al muro, cuya conductividad vale 0,035 kcal/m hora ºC para que las pérdidas de calor a través del muro sea la quinta parte

19.)La sección de la pared exterior de una vivienda se compone de los siguientes materiales: ladrillo (espesor 10 cm y k = 0,7 W/m·ºC1) y yeso (espesor 4 cm y k = 0,48 W/m·ºC). Queremos que la pérdida o ganancia de calor a través de la pared se reduzca en un 80% añadiendo una capa de lana de piedra (k = 0,065 W/m·ºC). Calcula su espesor. Razona si la resistencia térmica y el perfil de temperaturas cambian o no en función de donde se ponga la lana de piedra.

20.)Una habitación está separada del exterior por una pared plana rectangular de lados 2x3 m2. La pared está compuesta de dos capas, una exterior de ladrillo con un espesor de 25 cm y otra interior de corcho con un espesor de 2 cm. Si las temperaturas de las caras interior y exterior del cerramiento son respectivamente 20ºC y -5ºC. Calcula cuánto calor pierde la habitación en 30 minutos a través de dicha pared (el flujo es constante). ¿Cuánto calor se perdería en el mismo tiempo si se dispone una ventana con un vidrio de 5 mm de espesor y 1 m2 superficie en dicha pared?kladrillo =0,11 kcal/m·hora·ºC; kcorcho = 0,039 kcal/m·hora·ºC; kvidrio = 0,9 kcal/m·hora·ºC

21.)Una habitación a 20ºC de temperatura está separada del exterior, a 5ºC, por un muro de 15 cm de espesor y dimensiones 2,5×3,5 m2 formado por un material de conductividad 1,5 kcal/m·hora·ºCa.)Determínese la potencia calorífica que atraviesa la pared y el espesor que debería tener una capa aislante de conductividad 0,045 kcal/m·hora·ºC para que las pérdidas de calor a través del muro queden divididas por 5.b.)Si en el muro se realiza una ventana de 6 mm de espesor y dimensiones 1,5×1,5 m2

de un material de conductividad 1,5 kcal/m·hora·ºC ¿Cuál es el nuevo flujo de calor a través de la pared en la nueva situación?

22.)Una vivienda tiene un total de 8 ventanas de 120×100 cm2 cada una. Se quiere elegir si colocar en ellas vidrios simples de 0,4 cm de espesor, o vidrios térmicos formados por dos capas de vidrio, cada una de 3 mm de espesor, separadas por una cámara de aire de 5 mm. Obténer y comparar las pérdidas totales de calor durante los cuatro meses de invierno a través de ambos tipos de cerramiento en la vivienda, cuando

en promedio la temperatura interior se desea mantener 10 ºC por encima de la exterior. (kvidrio = 210-3 cal/cm s cm ºC ; kaire = 5,610-5 cal/cm s ºC)

23.)Las paredes laterales de una habitación cúbica, de 3 m de arista, son de de un material de conductividad térmica kA = 2 W·m-1·°K y su espesor es eA = 10 cm. El techo y el suelo, de espesor eB = 20 cm, están hechos de un material de conductividad térmica kB = 1 W·m-1·°K. En el interior de la habitación la temperatura es de 20ºC y el exterior se encuentra a 10 ºC. En el régimen estacionario, calcule:a.)El flujo de calor entre la habitación y el exterior.b.)Si el techo se recubre en su cara interior por una plancha de poliestireno, de conductividad térmica kC = 0,01 W·m-1°K y espesor eC = 10 cm, y las temperaturas interior y exterior siguen siendo las mismas. Determine el valor del flujo de calor en la nueva situación.c.)Si lo que se pretendía al añadir la plancha de poliestireno era reducir las pérdidas de calor. ¿Se ha procedido correctamente al colocarlo en el techo en lugar de colocarlo en una de las paredes laterales? Razone la respuesta.

24.)El sistema de la figura esta compuesto por dos barras de distintos material; una de cobre de 1,555 m (1,7x10-5 ºC-1) y la otra de acero de 0,444 m (2,4x10-5ºC-1). A que temperatura final debe llegar el sistema si inicialmente se encuentra a 20ºC para que la barra haga contacto con la pared?

25.)Que longitudes deberán tener respectivamente a 20 °C una barra de acero y otra de cobre para que a cualquier temperatura la barra de acero sea 5 cm mas larga que la de cobre. (αcu=1,6x10-5 °C-1) . (αacero=1,06x10-5 °C-1)

26.)La conductividad térmica del cobre es el doble a la del aluminio y cuatro veces la del latón. Tres varillas metálicas hechas de cobre, aluminio y latón posee 6 pulgadas de largo y 10 de diámetro. Estas varillas se juntan de tal manera que la varilla de aluminio queda en el centro y de los extremos libres de cobre y latón que se encuentran a 100°C y 0°C. Encontrar la temperatura de juntura cobre-aluminio y aluminio latón. (kcu = 390 w/m °C)

27)Calcular la cantidad de calor que pierde una persona de pie desnuda en una hora si el aire esta a 23°C y la temperatura de la pies es 34°C (la superficie del cuerpo es 1,5m2)28.)Dos planchas cuadras de lados “a” y espesor “b” de material idéntico se unen tal como se muestra en la figura. Si en I fluye 10cal en dos minutos, cuanto tiempo transcurrirá en fluir 10cal si las planchas se unen tal como la figura II

29.)El péndulo de un reloj de pared esta calibrado para trabajar a 20°C. Cuanto se adelantara su periodo en una hora en un día caluroso a 40°C

30.)Como resultado de un aumento de la temperatura a 32°C, una barra con una rotura en el centro se levanta como se muestra en la figura. Si L0 = 3,77 m y el coeficiente de dilatación lineal es 2,5x10-5°C-1, determine la altura “x” a la cual se eleva el centro de la barra.

31.)Un cilindro de acero tiene 30m de diámetro a 25°C, un anillo de latón posee un diámetro de 29,92m a 25°C. A que temperatura se deslizara el anillo a través del cilindro (αlaton=1,9x10-5 °C-1; αacero=1,06x10-5 °C-1)

32.)La plataforma de la figura es horizontal y esta apoyada en dos columnas: una de aluminio y otra de hierro. Determine las longitudes de las barras a 0°C para que las plataformas permanezcan horizontales a cualquier temperatura. (αhierro=1,2x10-5 °C-1

αaluminio=2,4x10-5 °C-1)