I.E. Ntra. Sra. Del Rosario CHICLAYO
presentacion
FÍSICA ELEMENTAL Shirley Córdova 5to “H”
I.E. Ntra. Sra. Del Rosario CHICLAYO
FÍSICA ELEMENTAL Shirley Córdova 5to “H”
I.E. Nuestra Señora del Rosario
Colaboradoras • Clara Aquino Mayanga. • Jimena Jave Fernández. • Karina Rojas Gallo.
5”H”
• Fátima Soto Alcántara.
Fecha: 08/11/2011 Profesora: Shirley Sadith Córdova
Física Elemental
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FÍSICA ELEMENTAL Shirley Córdova 5to “H”
La física no es una ciencia exacta; si así lo fuera sus ideas permanecerían inalterables con el paso del tiempo. Es extremadamente importante comprender que la física trata de acercarse a una explicación de los fenómenos de la naturaleza de la manera más precisa y simple posible, pero entendiendo que es muy probable que nunca sea capaz de hacerlo más que de manera aproximada. Una de las ramas de esta ciencia es EL CALOR Y LA TEMPERATURA que está presente en muchos aspectos de nuestra vida cotidiana aunque no nos percatemos de ello. Es por eso que podemos decir que convivimos con la física aun de manera inconsciente. EL CALOR Y LA TEMPERATURA es todo fenómeno termodinámico. Además de que CALOR es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo y TEMPERATURA es la medida del calor de un cuerpo. El objetivo de este trabajo es lograr que los lectores den un interés por el tema y reforzarle su capacidad e análisis para entender aquello que muchas veces no entendemos por falta de conocimientos y que sin embargo tiene una explicación basada en leyes y principios.
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.
¿Qué es el calor? ¿Cómo se produce?
El El Universo Universo está está hecho hecho de de materia materia yy energía. energía. La La materia materia está está compuesta compuesta de de átomos átomos yy moléculas moléculas (que (que son son grupos grupos de de átomos) átomos) yy la la energía energía hace hace que que los los átomos átomos yy las las moléculas moléculas estén estén en en constante constante movimiento movimiento -- rotando rotando alrededor alrededor de de sí sí mismas, mismas, vibrando vibrando oo chocándose chocándose unas unas con con otras. otras. El El movimiento movimiento de de los los átomos átomos yy moléculas moléculas crea crea una una forma forma de de energía energía llamada llamada calor calor oo energía energía térmica, térmica, que que está está presente presente en en todo todo tipo tipo de de materia. materia. Incluso Incluso en en los los vacios vacios más más fríos fríos de de espacio espacio hay hay materia materia que que posee posee calor, calor, muy muy pequeño pequeño pero pero medible. medible.
La La energía energía puede puede presentarse presentarse de de muy muy diferentes diferentes formas formas yy pude pude cambiar cambiar de de una una aa otra. otra. Muchos Muchos tipos tipos de de energía energía pueden pueden convertirse convertirse en en calor. calor. La La energía energía electromagnética electromagnética (luz), (luz), la la electrostá electrostática tica (o (o elé eléctrica), ctrica), la la mecá mecánica, nica, la la química, química, la la nuclear, nuclear, el el sonido sonido yy la la té térmica, rmica, pueden pueden calentar calentar una una sustancia sustancia haciendo haciendo que que se se incremente incremente la la velocidad velocidad de de sus sus moléculas. moléculas.
¿Qué es la temp eratur a? Los Los áátomos tomos yy molé moléculas culas en en una una sustancia sustancia no no siempre siempre se se mueven mueven aa la la misma misma velocidad. velocidad. Esto Esto significa significa que que hay hay un un rango rango de de energía energía (energía (energía de de movimiento) movimiento) en en las las molé moléculas. culas. En En un un gas, gas, por por ejemplo, ejemplo, las las moléculas moléculas se se mueven mueven en en direcciones direcciones aleatorias aleatorias yy aa diferentes diferentes velocidades velocidades -- algunas algunas se se mueven mueven rá rápido pido yy otras otras má máss lentamente lentamente
La La temperatura temperatura es es una una medida medida del del calor calor oo energía energía té térmica rmica de de las las partículas partículas en en una una sustancia. sustancia. Como Como lo lo que que medimos medimos en en sus sus movimientos movimientos medio, medio, la la temperatura temperatura no no depende depende del del nú número mero de de partículas partículas en en un un objeto objeto yy por por lo lo tanto tanto no no depende depende de de su su tamañ tamañ o. o. Por Por ejemplo, ejemplo, la la temperatura temperatura de de un un cazo cazo de de agua agua hirviendo hirviendo es es la la misma misma que que la la temperatura temperatura de de una una olla olla de de agua agua hirviendo, hirviendo, aa pesar pesar de de que que la la olla olla sea sea mucho mucho má máss grande grande yy tenga tenga millones millones yy millones millones de de molé moléculas culas de de agua agua má máss que que el el cazo. cazo.
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¿En qué se diferencian Calor y Temperatura?
CONVECCIÓN: La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando esto ocurre, el fluido frío desciende tomando el lugar del fluido caliente que ascendió. Este ciclo da lugar a una continua circulación en que el calor se transfiere a las regiones frías
¿Cómo viaja el calor? RADIACIÓN: La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la CONDUCCIÓN: fuente y el receptor del calor. El calor se puede transferir a través del espacio vacío en Laforma conducción tiene lugartérmica. cuando dos a diferentes temperaturas entran en contacto.de El calor de radiación La objetos radiación es por tanto un tipo de transporte calor fluye desde el objeto más caliente hasta más frío, hasta que los dos objetos alcanzan a la misma que consiste en la propagación de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de temperatura. La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y se produce gracias a la luz.
las colisiones de las moléculas. En el lugar donde los dos objetos se ponen en contacto, las Los objetos emiten radiación electrones en niveles de energía altos caen a niveles moléculas del objeto caliente, que cuando se mueven más deprisa, colisionan con las del objeto frío, que se de energía bajos. La energía se pierde es emitida en forma dedeluz o radiación mueven más despacio. A medida queque colisionan las moléculas rápidas dan algo su energía a las electromagnética. absorbida los átomos que susEste electrones más lentas. Estas a su La vezenergía colisionan con otraspor moléculas en elhace objeto frío. proceso"salten" continúaa niveles energíadel superiores. hasta que de la energía objeto caliente se extiende por el objeto frío. Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases. Los metales son muy buenos conductores de calor, mientras que el aire es muy mal conductor.
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CALORÍA (cal) Representa la cantidad de calor que se debe suministrar a 1g de agua para elevar su temperatura en 1°C (de 14,5°C a 15,5°C).
KILOCALORÍA (kcal) Se le llama también gran caloría, y es la cantidad de calor que se debe suministrar a 1 kg de agua para elevar su temperatura en 1°C. Se verifica que: 1 kcal = 10 cal.
B.T.U. (BRITISH THERMAL UNIT) Es la cantidad de calor que debemos suministrar a 1 I de agua para elevar su temperatura en 1°F (de 32°F a 33°F). Se verifica que: 1 BTU = 252 cal
JOULE (J) Es la unidad de medida del calor en el S.I. En el subsiguiente capítulo se demostrará que: 1 J = 0,24 cal
1 cal = 4,2 J
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CONTENIDO CALÓRICO DE ALGUNAS SUSTANCIAS DIGERIBLES Dado que el calor es una energía no almacenable, la medimos por los efectos que producen. Sustancia
Kcal
1 bola de helado de vainilla
145
Pan con mermelada
225
Vino tinto seco (1 vaso)
75
whisky (1 sorbo)
105
Torta de chocolate (1 tajada)
140
DEFINICIONES CALORIMÉTRICAS A) Capacidad Calorífica (K) Cuando proporcionamos calor a un cuerpo y éste varía su temperatura, decimos que él posee capacidad calorífica, la cual se define como aquella magnitud escalar propia para cada cuerpo, y que representa la cantidad de calor que debe ganar o perder para elevar o disminuir su temperatura en un grado. K=
Calor Q K= Variación de Temperatura ∆T
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Unidades (K) =
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cal kcal BTU J , , , º C º C ºF K
Dado que el calor es una energía no almacenable, la medimos por los efectos que producen.
B) Calor Específico (Ce) Se le llama también capacidad calorífica específica, y viene a ser la magnitud escalar propia para cada sustancia, y cuyo valor nos indica la cantidad de calor que debe ganar o perder la unidad de masa para elevar o disminuir su temperatura en un grado.
Ce =
Q cal kcal BTU J ; (Ce) = ; ; ; m. ∆T g.º C kg.º C lb.ºF kg.K
Para un mismo cuerpo se verifica la siguiente relación: K = m.Ce
CALORES ESPECÍFICOS Sustancia
Cal/g .ºC
Aluminio
0,211
Cobre
0,091
Hielo
0,501
Hierro,Acero
0,110
Latón
0.091
Madera
0,648
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FÍSICA ELEMENTAL Shirley Córdova 5to “H” Oro
0,030
Plata
0,060
Plomo
0,029
Vidrio
0,202
Aceite
0,504
Agua
1,000
Kerosene
0,514
Mercurio
0,030
Aire
0,240
Vapor de Agua
0,528
C) Calor Sensible (QS) Si al proporcionar o quitar calor a un cuerpo éste logra variar su temperatura exclusivamente por esta razón, se dice que ha sido afectado por un calor sensible. De esto diremos que el calor sensible es aquel que solo produce cambios en la temperatura de los cuerpos, y viene dado así: QS = m Ce ∆T -Si Tf > Ti Qs = (+): Calor Ganado -Si Tf < Ti Qs = (-): Calor Perdido
D) Calorímetro Son dispositivos que permiten medir el calor específico de una sustancia determinada. Básicamente está constituido por un recipiente generalmente de metal, que es propiamente el calorímetro, un líquido conocido, (como agua) y un termómetro. El de la foto no está térmicamente aislado, lo cual se logra cubriéndolo con tecnopor. Se define el Equivalente en agua de un Calorímetro (M EQ) como /aquella masa de agua que para efectos de cálculo tiene la propiedad de sustituir a la masa de un calorímetro,
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incluyendo sus accesorios. Si el calorímetro tiene masa MC y calor específico CeC, entonces su valor es: MH2O =
mC . CeC CeH2O
TEOREMA FUNDAMENTAL DE LA CALORIMETRÍA “Cuando mezclamos dos o más cuerpos a diferentes temperaturas; ocurre que el calor que pierden los cuerpos calientes lo ganan los cuerpos fríos” Esto no es más que una aplicación de la Ley de Conservación de la Energía.
∑Q
∑Q
=
Ganan
Pierden
Cuerpos fríos
cuerpos calientes
CALOR LATENTE DE FUSIÓN O DE SOLIDIFICACIÓN Denominamos así a la cantidad de calor que requiere la unidad de masa de una sustancia sólida que encontrándose en su temperatura de fusión (o de solidificación), le permite cambiar de fase sin alterar su temperatura. En general su valor es propio para cada sustancia y viene dado por: LF =
QF m
LS =
QS m
L F = LS
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CALOR LATENTE DE EBULLICIÓN O DE CONDENSACIÓN Es la cantidad de calor que requiere absorber o ceder la unidad de masa de un líquido o vapor respectivamente, para cambiar de fase cuando se encuentra en su temperatura de ebullición o condensación, sin alterar su temperatura. LV =
QV m
LC =
QC m
LV = LC
1. ¿Qué cantidad de calor se necesita para fundir 400 g de cobre que están a la temperatura? a) 16 400 cal
b) 6 400 cal
c) 2 500 cak
d) 1 000 cal
2. En 480 g de agua a 20º C se coloca 60 g de hielo que está a 0º. Halle la temperatura de equilibrio de la regla. a) 88ºC
b) 18,8ºC
c) 28ºC
d) 8,88ºC
3. ¿Qué cantidad de calor se necesita para evaporizar Eg de agua que están a 100ºC? a) 4 000 cal
b) 1 320 cal
c) 4 320 cal
d) 2 324 cal
4. En una heladera se coloca 20 g de agua a 20ºC y se obtienen cubitos de hielo a 0ºC. ¿Qué cantidad de calor se le extrajo al agua? a) – 2 000 cal
b) 2 000 cal
c) -200 cal
d) - 1 200 cal
5. Hallar el calor suministrado a 40 g de hielo que está a -10ºC, cuando es derretido. El calor específico es 0,5 cal/gºC. a) 3 000 cal
b) 3 400 cal
c) 1 000 cal
d) 2 300 cal
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6. Un depósito de aluminio tiene una masa de 2kg y se encuentra a la temperatura ambiente de 20ºC, en el se deja 88g de hielo a 0ºC. Calcule la temperatura de equilibrio. El calor específico del aluminio es 0,22 cal/gºC. a) 3 C
b) 1,7 C
c) 3, 3 C
d) 25,3 C
7. A 190 g de limonada, que está a 25º C. ¿Cuánto hielo a 0ºC se debe colocar para que se enfríe hasta 15ºC? a) 10 g
b) 20 g
c) 30 g
d) 40 g
8. Una pieza de acero de 0,5 kg se extrae de un horno a 240ºC y se coloca sobre un gran bloque de hielo a 0ºC. ¿Qué masa de hielo se derrite? El calor específico del acero es 0,11 cal/gºC. a) 150 g
b) 150 g
c) 160 g
d) 165 g
9. Un cuerpo tiene una capacidad calorífica de 6 call ºC y su masa es 300 g si su temperatura pasa de 16ºC a 26ºC. ¿Qué cantidad de calor había absorbido y cuál es su calor específico? a) 0,01 cal/gºC
b) 0,02 cal/gºC
c) 0,03 cal/gºC
d) 0,04 cal/gºC
10. Una pieza de metal de 80 g se encuentra a la temperatura de 300º C y se sumerge en 100 g de agua a 10ºc contenida en un calímetro cuya capacidad calorífica es 50 cal/ºC. Al cabo de un tiempo la temperatura del sistema se estacionó en 50º C. Determinar el calor específico del metal. a) 0,125 cal/g ºC
b) 0,220 cal/g ºC
c) 0,225 cal/g ºC
d) 0,235 cal/g ºC
11. Se tienen tres lingotes de un mismo mineral, de masa m, 2 m, 3m. Se colocan uno sobre otro del modo que se indica en la figura. Sabiendo que el lingote central y superior se encontraban a las temperaturas de 120º C y 20º respectivamente y además la temperatura inicial del lingote inferior es la misma al final del proceso, calcular la temperatura final del sistema. a) 14 ºC
b) 16ºC
c) 17º C
e) 19º C
12. ¿Qué valor tiene el calor específico de un material cuya masa es de 20 g. Si para elevar su temperatura en 30ºC se necesita 60 calorías de energía calorífica? (en cal / gºC)
I.E. Ntra. Sra. Del Rosario CHICLAYO a) 0,1 cal/ gºC
b) 0,01 cal/ gºC
c) 0,02 cal/ gºC
d) 0,3 cal/ gºC
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13. En un recipiente cuyo equivalente en el agua es de 50 g. Se encuentran 40g de agua a 20ºC. Si se vierten de agua a 80ºC. ¿Cuál será la temperatura de equilibrio de la mezcla? a) 50ºC
b) 51ºC
c) 52ºC
d) 53ºC
14. Se dan dos recipientes uno a 10ºC y el otro a 80ºC. ¿Cuánta agua se debe tomar de cada uno para tener 100g de agua a 38ºC? a) 20 g
b) 30g
c) 40
d) 50 g
15. Un cuerpo sólido inicialmente a 10ºC recibe 60 cal calentándose hasta la temperatura X. A continuación recibe 24 cal de modo que su temperatura final es de 45ºC. ¿Cuál es el valor de x en ºC? a) 30ºC
b) 35ºC
c) 40ºC
d) 45ºC
16. Un recipiente de vidrio pyrex tiene una masa de 4 kg y una temperatura de 50ºC. En el mismo se introducen 3 litros de agua a 10ºC; calcular (en Cº) la temperatura final de equilibrio. Ce (Vidrio pyrex) = 0,25 cal/gºC. a) 10ºC
b) 20ºC
c) 30ºC
d) 40ºC
17. ¿A qué temperatura quedarán un calorímetro de equivalente en agua igual a 300g y a 10º C, cuando se introducen en él 200g de agua a 70ºC? a) 34ºC
b) 35ºC
c) 36ºC
d) 37ºC
18. Determinar la masa (en kg) de un calorímetro cuyo equivalente en agua es de 240 g. El material del que está elaborado el calorímetro tiene un calor específico: Ce = 0,06 cal /g. ºC a) 2 kg
b) 4kg
c) 6 kg
d) 8 kg
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19. ¿Qué cantidad de agua se puede llevar al punto de ebulición (a presión atmosférica) consumiendo 5 kW-h de energía? La temperatura inicial del agua es de 10ºC. Se desprecian las perdidas de calor. a) 0,42 kg
b) 0,44 kg
c) 0,48 kg
d) 0,50 kg
20. En un recipiente de 60 cal/ºC de capacidad calorífica que se encuentra a 60ºC vertimos 20g de agua a 80ºC y 40g de agua a 20ºC. ¿a qué Tº (ºC) se establece ele quilibrio? a) 20ºC
b) 30ºC
c) 40ºC
d) 50ºC
1) ¿Qué cantidad de calor se necesita para fundir 400 g de cobre que están a la temperatura? SOLUCIÓN: Q = mLf Q = (400) (41 cal/g) Q = 16 400 cal 2) En 480 g de agua a 20º C se coloca 60 g de hielo que está a 0º. Halle la temperatura de equilibrio de la regla. SOLUCIÓN:
calor ganado calor perdido ÷ = ÷ por el hielo por el agua
Q1 + Q 2 = Q 3 60 (80) + 60 (1) (T - 0) = 480 (1) (20 - T) 80 + T = 8 (20 - T) 9T = 80
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T = 8,88ºC 3) ¿Qué cantidad de calor se necesita para evaporizar Eg de agua que están a 100ºC? SOLUCIÓN: Como el agua está a 100ºC, el calor para vaporizar los 8g de agua será: Q = mLV Q=(8g)(540cal/g) Q = 4 320 cal 4) En una heladera se coloca 20 g de agua a 20ºC y se obtienen cubitos de hielo a 0ºC. ¿Qué cantidad de calor se le extrajo al agua? SOLUCIÓN: •
Para obtener cubitos de hielo, el agua debe ser enfriada hasta 0ºC.
•
Calor (Q1) para enfriar el agua hasta 0ºC. Q1 = mc ∆ T cal ÷ (0º C – 20ºC) gº C
Q1 = (20 g) 1 Q1 = -400 cal •
Calor (Q2) para solidificar el agua: Q2 = mLS
•
… (1)
… (2)
Donde LS: Calor latente de solidificación: LS = - LF = -80 cal/g
•
Reemplazando en (2) Q2 = (20 g) (-80 cal /g) Q2 = - 1600 cal … (3)
•
El calor total será: Q = Q1 + Q2 Q = (-400 cal) + (-1600 cal)
I.E. Ntra. Sra. Del Rosario CHICLAYO Q = -2000 cal
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El signo (-) indica que el calor se extrae del agua.
5) Hallar el calor suministrado a 40 g de hielo que está a -10ºC, cuando es derretido. El calor específico es 0,5 cal/gºC. SOLUCIÓN: •
Representamos en un diagrama lineal:
•
El calor (Q1) para calentar el hielo hasta 0ºC. Q1 = m CDT Q1 = (40 g) (0 ,5 cal/gºC) [0ºC – (-10ºC)] Q1 = 200 cal
•
….
(1)
Calor (Q2) para fundir el hielo a 0ºC. Q2 = mlF = (40 g) (80 cal/g) Q2 = 3200 cal
•
…
(2)
El calor total será: Q = Q1 + Q2 = 200 cal + 3200 cal Q = 3400 cal
6) Un depósito de aluminio tiene una masa de 2kg y se encuentra a la temperatura ambiente de 20ºC, en el se deja 88g de hielo a 0ºC. Calcule la temperatura de equilibrio. El calor específico del aluminio es 0,22 cal/gºC. SOLUCIÓN:
calor ganado calor perdido ÷ = ÷ por el hielo por el aluminio
Q1 + Q 2 = Q 3 88 (80) + 88 (1) (T - 0) = 2000 (0,22) (20 - T)
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88 (80) + 88T = 440 (20 - T) 80 + T = 5 (20 - T) 6T = 20 T = 3,3 C 7) A 190 g de limonada, que está a 25º C. ¿Cuánto hielo a 0ºC se debe colocar para que se enfríe hasta 15ºC? SOLUCIÓN:
calor ganado calor perdido ÷ = ÷ por el hielo por el agua
Q1 + Q 2 = Q 3 m (80) + m (1) (15 - 0) = 190 (1) (25 - 15) 95 m = 1900 m = 20 g 8) Una pieza de acero de 0,5 kg se extrae de un horno a 240ºC y se coloca sobre un gran bloque de hielo a 0ºC. ¿Qué masa de hielo se derrite? El calor específico del acero es 0,11 cal/gºC. SOLUCIÓN:
calor ganado calor perdido ÷ = ÷ por el hielo por el acero
Q1 = Q 2 m (80) = 500 (0,11) (240 - 0)
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80 m = 55 (240) m = 165 g 9) Un cuerpo tiene una capacidad calorífica de 6 call ºC y su masa es 300 g si su temperatura pasa de 16ºC a 26ºC. ¿Qué cantidad de calor había absorbido y cuál es su calor específico? SOLUCIÓN: •
Calor absorbido (Q) Q = 6 cal ºC (26ºC – 16ºC) Q = 60 cal
•
Ce: Ce =
K m
Ce =
6 calº C 30g
Ce = 0,02 cal/gºC 10) Una pieza de metal de 80 g se encuentra a la temperatura de 300º C y se sumerge en 100 g de agua a 10ºc contenida en un calímetro cuya capacidad calorífica es 50 cal/ºC. Al cabo de un tiempo la temperatura del sistema se estacionó en 50º C. Determinar el calor específico del metal. SOLUCIÓN: m = 80 g
DH2O + Qcal = Q metal
m H2O . Ce H2O (Te – T1) + Kcal (Te – T1) = m met . Ce met (T 2 - Te) Cemetal =
(M
H 2O
)
.Ce H 2O KCal ( Te − T1) mmt ( T2 − Te )
Cemetal = 0,225cal / gº C
11) Se tienen tres lingotes de un mismo mineral, de masa m, 2 m, 3m. Se colocan uno sobre otro del modo que se indica en la figura. Sabiendo que el lingote central y superior se encontraban a las temperaturas de 120º C y 20º respectivamente y además la temperatura inicial del lingote inferior es la misma al final del proceso, calcular la temperatura final del sistema. SOLUCIÓN:
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1) Mezcla A y B QA = Q B m. CeA (30 - 25) = 2m CeB (25 - 20) CeA = 2 CeB
…
(1)
2) Mezcla B y C QC = Q B 3m CEC (14,5 - 10) . 2 m CeA (20 – 14,5) CeC =
22 CeB … 27
(2)
3) Mezcla A y C QC = Q A 3 m Cec (x - 10) = m . Ce (30 - x) … (3) Reemplazamos: En (1), (2) y (3) X = 19º C
12) ¿Qué valor tiene el calor específico de un material cuya masa es de 20 g. Si para elevar su temperatura en 30ºC se necesita 60 calorías de energía calorífica? (en cal / gºC) SOLUCIÓN: De acuerdo con los datos: m = 20 g
∆ T = 30ºC
Q = 60 Cal
Luego de la relación para el Ce tendremos que: Ce =
60 cal 20 g.30º C
Ce = 0,1 cal/gºC
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13) En un recipiente cuyo equivalente en el agua es de 50 g. Se encuentran 40g de agua a 20ºC. Si se vierten de agua a 80ºC. ¿Cuál será la temperatura de equilibrio de la mezcla? SOLUCIÓN:
Utilizando el teorema fundamental de la calorimetría Q1 + Q 2 = Q 3 m1 Ce H2O ∆ T + mree Ce rec ∆T2 = m3 (eH2O ∆T3) m1 C(Te – T1) + M H2O (Te – T1) =) m3 (Te-T3) Te =
Te=
(m
1
)
+ MH2O T + m3T3
m1 + mH2O + m3
( 40 + 50 ) .20 + 110.80 40 + 50 + 110
Te = 53ºC 14) Se dan dos recipientes uno a 10ºC y el otro a 80ºC. ¿Cuánta agua se debe tomar de cada uno para tener 100g de agua a 38ºC? SOLUCIÓN:
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Sean m1 y m2 las masas de agua (en gramos) de agua fría y caliente respectivamente. Por condición del problema, la temperatura de equilibrio de la mezcla de estos debe ser: TE = 38ºC y además la suma de las masas deberá ser tal que: m1 + m2 = 200 g
…
(1)
Pues bien, en base al teorema fundamental de la calorimetría y a la relación para el calor sensible, se podrá establecer que: Calor que gana: Calor que pierde m1 . Ce (Te – T1) = m2 Ce (T2 - TE) m1 . (38 - 20) = m2 (80 - 38) m1 = 3/2 m2
…
(2)
Resolviendo (1) y (2) m1 = 60 g
y m2 = 40 g
15) Un cuerpo sólido inicialmente a 10ºC recibe 60 cal calentándose hasta la temperatura X. A continuación recibe 24 cal de modo que su temperatura final es de 45ºC. ¿Cuál es el valor de x en ºC? SOLUCIÓN: a) De 10º C a X K=
Q1 60 cal ⇒ K= ∆T1 x − 10º C
… (1)
b) De x a 45ºC K= •
Q2 24cal ⇒ K= ∆T2 45º C − X
… (2)
Igualando (1) y (2) 60 24 = x − 10 45 − x
X = 35ºC 16) Un recipiente de vidrio pyrex tiene una masa de 4 kg y una temperatura de 50ºC. En el mismo se introducen 3 litros de agua a 10ºC; calcular (en Cº) la temperatura final de equilibrio. Ce (Vidrio pyrex) = 0,25 cal/gºC. SOLUCIÓN:
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mA . CeA . ∆TA = m V . CeV . ∆ TV 3 . 1 (TE - 10) = 4 .0, 25 (50 - TE) ∴ TE = 20º C 17) ¿A qué temperatura quedarán un calorímetro de equivalente en agua igual a 300g y a 10º C, cuando se introducen en él 200g de agua a 70ºC? SOLUCIÓN:
Q cal = Q agua m CAL . Ce C . ∆ TC = mA . Ce A . ∆TA MeQ = CeA. (Te - Tc) = mA . CeA (TA - TE) 300 (TE - 10) = 200 (70 - TE) TE = 34ºC 18) Determinar la masa (en kg) de un calorímetro cuyo equivalente en agua es de 240 g. El material del que está elaborado el calorímetro tiene un calor específico: Ce = 0,06 cal /g. ºC SOLUCIÓN: MEQ =
mcal .Ce cal MeQ.CeH2O = mcal = CeH2O Ce cal
mcal =
240 g.1cal / g º C 0,06cal / gº C
mcal = 400 g
∴ m cal = 4 kg 19) ¿Qué cantidad de agua se puede llevar al punto de ebulición (a presión atmosférica) consumiendo 5 kW-h de energía? La temperatura inicial del agua es de 10ºC. Se desprecian las perdidas de calor. SOLUCIÓN:
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•
1 KW – h = 3,6.10 6 J,. y 1 J = 0,24 cal
•
Q = 5 (3,6 . 106 J .
0,24 cal ) =4,32.106 cal 1J
Q = (m Ce ∆ T) agua •
4,32 . 106 cal = m . 1
•
m = 0,48 . 103 g
cal . (100º C – 10ºC) g.c
m = 0,48 kg 20) En un recipiente de 60 cal/ºC de capacidad calorífica que se encuentra a 60ºC vertimos 20g de agua a 80ºC y 40g de agua a 20ºC. ¿a qué Tº (ºC) se establece ele quilibrio? SOLUCIÓN:
Q A1 = QR + QA2 mA1 . CRA . ∆TA1 = KR + ∆TR + mA2 . CRA . ∆TA2 40 . 1 . (Te - 20) = 60 . (60- TR) + 20.1 (80 - Te) ∴ Te = 50ºC
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1) Un cuerpo al ganar 120 cal eleva su temperatura en 30"C ¿Cuál es su capacidad calorífica (en cal ºC) A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
de
calentamiento.
Si
B) 0.02 C) 0,4 D) 0,21 E) 0,04
7) ¿Que cantidad de calor (en kcal) se necesita para que 120 litros de cierta
E) 5
sustancia cuyo calor especifico es de 0,5
2) Un líquido absorbe 600cal durante un proceso
A) 0,2
cal/gºC y densidad D= 1,3 g/ cm3, pueda
su
elevar su temperatura de 46°C a 48°C?
temperatura final llegó a ser 70°C, ¿cuál
A) 150 B) 151 C) 153 D) 155 E) 156
era su temperatura inicial (en °C) si su capacidad calorífica es 12 cal/°C A) 20
B) 21
C) 22 D) 23
E) 24
3) Una muestra de bronce absorbe 360 cal y eleva su temperatura en 40ºC. Se pide calcular cuántas calorías adicionales requerirá para continuar aumentando su temperatura en 10°C. A) 95
B) 92
C) 90
D) 84 E) 80
4) La capacidad calorífica de una muestra de estaño es de 60 cal/ºC. ¿Cuál será su valor en el S.I.? A) 252 B) 300 C) 280
D) 304 E) 294
8) ¿Qué variación (en °C) experimentará la temperatura de una pieza de plata cuya masa es de 240 g, si absorbe 720 cal y su calor específico es 0,06 cal/g.°C? A) 20
B) 18
C) 45 D) 50 E)16
9) Una olla de aluminio al absorber calor aumenta su temperatura en 60ºC. Si su masa fuese 20% mayor, ¿en cuántos °C hubiera aumentado su temperatura? A) 58
B)56
C)54
D)52 E)50
10) A un recipiente de 200g y de Ce = 0,09cal/g°C se le da "Q" calorías, variando
su
temperatura
en
AT.
5) Un trozo de metal tiene una capacidad
Determine la cantidad de agua (en g)
calorífica de 210 J/K. ¿Cuál será el valor
que recibiendo "2Q" calorías varía su
de esta capacidad en cal/°C?
temperatura igual que el recipiente.
A) 90
B) 80
C) 60 D) 50
E) 40
6) ¿Cuál es el calor específico de un cuerpo
A) 30
B) 32
C) 33
D)35
E)36
11) Evaluar el calor específico del latón en el
cuya masa es 400 g si necesita 80 cal
S.I., si su valor en cal/g.°C es de 0,0912.
para elevar su temperatura de 20°C a 25
A) 450 B) 420 C) 400
°C?
D) 380 E) 350
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12) Encontrar el calor específico de la madera en cal/g°C, si en el S.I. es 2 700. A) 10,5 B) 0,648 c) 0.71 D) 0,8 E) 0,915 13) Un cuerpo de 200g y calor específico Ce = 0,2 cal/g.°C se encuentra a 100°C ¿cuántas calorías almacena a dicha temperatura ? A) 20
B)30
C)40
D)50
E)0
A) 0,05 B) 0,01 C) 0,02 D) 0.03 E) 0.04 17) ¿Qué masa (en g) de agua a 100°C debe mezclarse con 2 litros de agua a 4 °C para que la temperatura final sea 20 °C? A) 100 B)200 C)300 D)400
E)23,1
18) Un estudiante desea determinar el calor específico de un metal desconocido de 200 g de masa. Paradlo lo calienta hasta
14) Se ponen en contacto dos masas iguales
220 °C y luego lo introduce en un
una de cobre a 100°C y una masa de
calorímetro de capacidad calorífica des-
hierro a 20ºC. Calcular (en °C) la
preciable que contiene 200 ,P de agua a
temperatura final de equilibrio. Ce (Cu) -
40 °C. Si el sistema se equilibra a 70°C,
0,09 y Ce (Fe)= 0,11 cal/g. °C
¿qué resultado obtuvo (en cal/gºC)
A) 56
B)14
C)66
D)99
E)63
A) 0,1
B)0,2 C) 0,3
D)0,4 E)0.5
15) Si mezclamos dos masas líquidas iguales
19) Un calorímetro de cobre de 300 g posee
de agua a 10°C y 70° C de temperatura,
un Ce = 0,19 cal/g.ºC. ¿Cuál es su
la temperatura de equilibrio (en °C)
equivalente en agua en gramos?
será…
A) 57
A) 40
B)30
C)20
D)10 E) 1
B)20
C)35
D)40
E) 30
20) Se tiene un calorímetro que posee un
16) ¿Cuál es el calor específico de un cuerpo
equivalente en agua de 224 g. Si su calor
cuya masa es 100g y su temperatura es
específico es 0,28 cal/g.°C, ¿Cuál es la
95°C, si al introducirlo en 36 g de agua a
verdadera masa (en kg) del calorímetro?
30°C la temperatura final de equilibrio es
A) 0,5
35 °C?
B)0,2
C)0,35 D)0,4 E) 0,8
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Variaciones en la temperatura del organismo Se considera que la temperatura normal es 37.0 °C. Sin embargo es variable durante el día. Las temperaturas orales de 36.1 °C son comunes al despertar por la mañana y alcanzan un máximo de 37.2 °C de las 18 a las 22 horas. La elevación de temperatura por encima de 37.2 °C para una persona que reposa en cama, en general indica enfermedad. Sin embargo los individuos que se ejercitan por periodos prolongados también experimentan elevación de la temperatura del cuerpo. Las temperaturas del cuerpo de los corredores de maratón pueden ser hasta de 39°C a 41 °C, ya que la producción de calor durante el ejercicio excede a la capacidad del cuerpo para perder calor. Los cambios de más de 3.5 °C con respecto a la temperatura normal del cuerpo, provocan interferencias con las funciones del organismo. Las temperaturas de más de 41.1 °C pueden ocasionar convulsiones, especialmente en los niños. A temperaturas mayores de 41.1 °C se produce insolación (hiperexia), inicialmente se detiene la producción de sudor y la piel se siente caliente y seca. Se eleva la frecuencia cardiaca y la respiración se hace débil y rápida. En general la persona queda aletargada y entre en coma. El daño a órganos internos es uno de los principales riesgos, por lo que se requiere un tratamiento inmediato. Un método eficaz para reducir la temperatura del organismo es sumergir a la persona en un baño de agua con hielo. En casos de hipotermia la temperatura del organismo puede descender hasta 28.5 °C. La persona tendrá apariencia fría y pálida y latidos cardiacos irregulares. Puede quedar inconsciente si la temperatura de su cuerpo desciende a menos de 26.7 °C.
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1. Estado de agregación molecular que presenta la mayor capacidad de dilatación. 2. Cambio de estado de agregación molecular de líquido a sólido. 3. Aparato que convierte diversos tipos de energía en energía mecánica. 4. Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. 5. Es energía en tránsito. Se transmite de un cuerpo con mayor a otro con menor temperatura. 6. Punto de _____________ a la temperatura en la que una sustancia se transforma de un estado líquido a un estado gaseoso. 7. Forma de transmisión de calor que ocurre en líquidos y gases.
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8. Cambio de estado en el cual una sustancia líquida se transforma en un estado gaseoso. 9. Cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura del agua un grado centígrado por cada gramo de masa. 10. Estado de agregación molecular en la cual las fuerzas de cohesión son muy grandes, y por lo tanto proporcionan forma y volumen definidos.
11. Cambio de estado de agregación molecular de sólido a líquido. 12. Energía cinética promedio de las moléculas de una sustancia. 13. Forma de transmisión de calor que sucede en los sólidos. 14. Se le llama así a la capacidad de un cuerpo o una sustancia para realizar un trabajo. 15. Cantidad de calor necesaria para que una sustancia incremente un grado centígrado su temperatura por cada gramo de masa. 16. Estado de agregación molecular en el que existen pocas fuerzas de cohesión entre las moléculas, tienen volumen definido y pueden adaptarse al recipiente que los contiene. 17. Ciencia que se encarga de estudiar a la materia y la energía y sus relaciones entre sí. 18. Forma de transmisión electromagnéticas.
de
calor
que
sucede
a
través
de
ondas
19. Cambio de estado en el cual un gas se transforma en líquido. 20.Es el compartimiento donde es contenida la mezcla de gasolina y aire para su posterior combustión.
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RESPONDE
1.-¿QUE ES EL FUEGO? A) Aceleración atómica de las partículas.
2.-¿QUE SON LAS LLAMAS DE FUEGO?
B) Oxidación química cuando se tiene combustible, comburente, temperatura de ignición adecuada y reacción en cadena.
A) Son producidas por pequeñas partículas que suben quemándose por el calor. B) Gases y vapores sumados a la alta temperatura
C) Es la suma de combustibles, comburentes y calor.
4.-LAS BOMBITAS DE FILAMENTO INCANDESCENTES 3.-¿QUE HACER PRIMERO ANTE UN ESCAPE DE GAS EN EL HOGAR? A) Suprimir eléctrico
el
suministro
B) Pedir ayuda por teléfono C) Cerrar el gas y airear
A) Emiten luz gracias a que hay fuego dentro B) Poseen oxigeno puro para emitir mejor luz C) Tienen vacio o un gas noble.
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5.-EL CALOR A) Es un proceso químico B) Es transferencia de energía de un cuerpo a otro C) Cada cuerpo posee un calor determinado
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6.-EL CALOR SE TRANSMITE POR A) El rose de las moléculas B) Radiación, conducción y convección C) Los electrones