UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

PROBLEMAS DE FSICA II (Unidad 01)

Biologa en Acuicultura

1.- a)Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100g de cobre desde 10 C a 100 C; b) Suponiendo que a 100 g de aluminio a 10 C se le suministre la cantidad de calor del apartado a); deducir que cuerpo, cobre o aluminio, estar ms caliente. El calor especfico del cobe es 0,093 cal/g C y el del aluminio 0,217 cal/g C R.- a)873 cal.; b) el cobre.

2.- Una caldera de vapor es de acero, con una masa de 400 kg y contiene 200 kg de agua, suponiendo que solo 70% del calor comunicado se emplea en calentar la caldera y el agua, hallar el nmero de caloras necesarias para elevar la temperatura del conjunto desde 5 C a 85 C. El calor especfico del acero es 0,11 cal/gC. (Sugerencia, trabajar en kg., kcal).

R.- 2,79 x 104 kcal.

3.- La combustin de 5g de coque eleva la temperatura de 1 litro de agua desde 10 C hasta 47 C. Hallar el poder calorfico del coque

R.- 7 400 000 cal/g

4.- La temperatura de una persona antes de ingresar a una cmara de hielo es 37C y despus de salir de ella 35,6 C. Qu cantidad de calor habr perdido si posee una masa corporal de 80 kg.?

R.- 93 Kcal.

5.- Cul es la temperatura final de equilibrio cuando 10g de leche a 10 C se agregan a 160 g de caf a 90 C?. (Suponga que las capacidades calorficas de los dos lquidos son iguales a la del agua, y desprecie la capacidad calorfica del recipiente).

R.- 85,3 C.

6.- La temperatura de una barra de plata aumenta 10 C cuando absorbe 1,23 KJ de calor. La masa de la barra es 525 g. Determina el calor especfico de la barra.

R.- 0, 234 KJ/kg C

7.- Una persona ingiere 300g de crema de helado al que se atribuye un calor de fusin de 50 cal/g. Cunto calor absorbe

la masa helada si despus de ser ingerida toma la temperatura del cuerpo?.

R.- 26,1 Kcal

8.- Se calientan balines de cobre, cada uno con una masa de 1g a una temperatura de 100 C. Cuntos balines se deben agregar a 500 g de agua inicialmente a 20 C para que la temperatura final de equilibrio sea de 25 C ?. (Desprecie la capacidad calorfica del contenedor).

9.- Si 200 g de agua estn contenidos en un recipiente de aluminio de 300 g a 10 C y 100 g adicionales de agua a 100 C se vierten en el sistema, Cul es la temperatura de equilibrio final del sistema?. Calor especfico del aluminio 0, 215 cal/g C.

R.- 34, 691 C.

10.- Calcular la cantidad de calor necesaria para transformar 10g de hielo 0C en vapor a 100 C.

R.- 7,2 Kcal.

11- Cunto calor debe agregarse a 20g de aluminio a 20 C para fundirlo completamente?. Calor de fusin del aluminio 3, 97 x 105 J/kg. Calor especfico del aluminio 0,215 cal/g C; punto de fusin del aluminio 660 C.

R.- 19,5 KJ.

12.- Cunto calor pierde diariamente el cuerpo por evaporacin si la prdida promedio es de 30g/h y el calor de evaporacin del sudor a la temperatura del cuerpo es de 580 cal/g?

R.- 417,6 Kcal.

13.- Una herradura de hierro de 1,5 kg inicialmente a 600 C se deja caer en un cubo que contiene 20 kg de agua a 25 C. Cual es la temperatura final ?. (Desprecie la capacidad calorfica del recipiente).

R.- 29,6 C.

14.- Un recipiente de espuma de estireno contiene 200 g de mercurio a 0 C. A esto se le agregan 50 g de alcohol etlico a 50 C y 100 g de agua a 100 C.(a) Cul es la temperatura final de la mezcla ?, (b)Cunto fue ganado o perdido por el

mercurio, el alcohol y el agua ? (El calor especfico del mercurio es 0,033 cal /gC, el alcohol etlico, 0,58 cal /g C,. Se desprecia la capacidad trmica de la espuma de estireno).

15.- Cul es la temperatura de equilibrio final cuando 10 g de leche a 10 C se agregan a 160 g de caf a 90 C (suponiendo que las capacidades calorficas de los dos lquidos son las mismas que la del agua, e ignore la capacidad calorfica del recipiente)

R.- 85, 294 C.

16.- Una bala de plomo de 3g se desplaza a 240 m/s cuando se incrusta en un bloque de hielo a 0 C. Si todo el calor generado funde el hielo, qu cantidad de hielo se derrite? (el calor latente de fusin para el hielo es de 80 Kcal /kg y el calor especfico del plomo es de 0, 030 Kcal/kg C

R.- 0, 258 g si la bala est a 0 C

CALORES ESPECFICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS A 25 C Y A LA PRESIN ATMOSFRICA. SUSTANCIA Calor espec, c J / kg.C cal / g.C Aluminio 900 0,215 Berilio 1830 0,436 Cadmio 230 0,055 Cobre 387 0.0924 Oro 129 0,0308 Hierro 448 0,107 Plomo 128 0,0305 Plata 234 0,056 Latn 380 0,092 Madera 1700 0,41 Persona 0,83 Vidrio 837 0,200 Hielo(-5C)2090 0,50 Alcohol(etlico)2400 0,58 Mercurio 140 0,033 Agua(15C)4186 1,00

17.- Dos cuartos comparten una pared de ladrillos de 12 cm de grosor, pero estn perfectamente aislados en las dems paredes. Cada cuarto es un cubo de 4.0 m de arista. Si el aire de uno de los cuartos est a 10 C y el otro a 30 C. Cuntas bombillas elctricas de 100 w se necesitarn tener encendidas en el cuarto ms caliente para mantener la misma diferencia de temperatura?

18.- Una ventana de cristal trmico de 6 m2 de rea est constituido con dos hojas de vidrio, cada una de 4 mm de espesor separadas por un espacio de aire de 5 mm. Si elinterior est a 20 C y el exterior a -30 C. Cul es la prdida de calor a travs de la ventana?

R.- 1, 34 Kw

19.- Un hombre cuya superficie mide 1,8 m2 lleva un abrigo de 0, 01 m de grosor, de conductividad trmica de 10-5 Kcal/smK (a) Si la temperatura de la piel es de 34C y el exterior de l abrigo se halla a 10C, Cul es la tasa de prdida de calor?, (b) Se halla adecuadamente vestido?. Explique. (Referencia: Si una persona pierde calor a un ritmo mayor a 280 Kcal/h, se congelara).

20.-Un recipiente cbico de espuma de estireno mide 30 cm por lado y 2 cm de espesor. La pared interna es de 5C y la parte externa es de 25C. Si se necesitan 8h para fundir en l 5 kg de hielo, Cul es la conductividad trmica de la espuma de estireno ?

R.- 0, 143 W / mC

21 .- Un bote cilndrico con una pared delgada negra de 10 cm de dimetro y 20 cm de alto, se llena con agua a 100 C y se coloca en un cuarto a 20 C . (a) Determine la rapidez inicial de transferencia de calor debida a la radiacin.(b) Encuentre la rapidez inicial de cambio en la temperatura del agua (Desprecie cualquier efecto calorimtrico del bote). (c) Repita esto en caso de la temperatura del bote haya disminuido a 30 C.

R.- (a) 53,4 W; (b) 8,12 x 10-3 C/s; (c) 4,72 W.

22- Una placa de hierro de 2cm de espesor tiene una seccin recta de 5 000 cm2 . Una de las cara se halla a la temperatura de 150 C y la opuesta a 140 C. Calcular la cantidad de calor que se transmite por segundo es la prdida de calor a travs de la ventana?. La conductividad trmica del hierro vale 0,115 cal/s.scmC

R.- 2, 875 cal/s

23.- Una persona que anda con velocidad normal produce calor a un ritmo de 0,07 Kcal/s. Si el rea de la superficie del cuerpo es 1,5 m2 y si se supone que el calor se genera 0,03 m por debajo de la piel, qu diferencia de temperatura entre

la piel y el interior del cuerpo existira si el calor se condujera hacia la superficie?. Supngase que la productividad trmica es la misma que para los msculos animales, 5 Kcal/smK.

R.- 28C

24.-( Una muchacha de 1,2 m2 de superficie (ahora las consideramos por metro cuadrado) lleva unos pantalones y una chaqueta de ridculos 3 cm de grosor (dndole sentido al refrn: "ande yo caliente, y rase la gente"). Si su piel se halla a 34C y puede perder sin peligro unos 85 W por conduccin, cul es la menor temperatura exterior para la que su ropa resulta adecuada?

R.- -18 C.

25.-Una marsopa de 2,44 m de longitud tiene un radio medio de 123,3 cm. La temperatura corporal es de 37C y la del agua 7C. El calor se pierde a travs de una capa de grasa de 2 cm de espesor, con un coeficiente de conductividad trmica de 16,7 x 10-2 W/mK . Encuentre el calor perdido por conduccin, en caloras por hora y comprelo con un estimado aproximado de produccin de calor para un apersona que hace ejercicio suave.

R.- 439,3 Kcal/h.

26.- El vidrio de una ventana se encuentra a 10C y su rea es 1,2 m 2. Si la temperatura del aire exterior es 0C, cunta energa se pierde por conveccin en cada segundo? La constante de transmisin de calor por conveccin para este caso es 4 W/(m2 K) Sol. 48 W

27.- Un submarino de investigacin para un pasajero tiene un casco esfrico de hierro de 1,50 m de radio externo y 2 cm de espesor, forrado con hule de igual espesor. Si el submarino navega por aguas del rtico (temperatura de 0 C) y la tasa total de calor liberado dentro de la pequea nave (incluye el calor metablico del pasajero) es de 1500 W, encuentre la temperatura de equilibrio del interior.

Sol. 5,46 C

28.- Un excursionista usa prendas de vestir de 3.5 cm de grueso, cuya rea superficial total es de 1.7 m2. La temperatura de la

superficie de las prendas es de 20 C y la de la piel de 34 C. Calcular el flujo de calor por conduccin a travs de la ropa (a) Suponiendo que sta est seca y que la conductividad trmica k es la del plumn igual a 0.06x10-4 kcal/s m K y b) suponiendo que la ropa est mojada, de modo que k es la del agua (1.4x10-4 kcal/s m K) y que la ropa se ha comprimido hasta un espesor de 0.50 cm.

CONDUCTIVIDADES TRMICAS. SUSTANCIA Conduc trmica W/ m.C

Metales (a 25C) Aluminio 238 Cobre 397 Oro 314 Hierro 79,5 Plomo 34,7 Plata 427

Gases ( a 20C) Aire 0,0234 Helio 0,138 Hidrgeno 0,172 Nitrgeno 0,0234 Oxgeno 0,0238

No metales (valores aproximados) Asbestos 0,08 Concreto 0,8 Vidrio 0,8 Hielo 2 Hule 0,2 Agua 0,6 Madera 0,08