Manual de Problemas "Calor y Temperatura"_5g

Este cuadernillo está dedicado a todos los estudiantes de quinto de secundaria que desean afianzar más sus conocimientos sobre el tema de calor y temperatura , y también a cada una de las

personas

que

han

instrucción de este manual.

colaborado

con

la

Cuando hablamos de calor, calor específico calorimetría, escala Celsius y energía interna, solemos relacionarlo rápidamente con la palara temperatura, y físicamente es correcta su relación ya que es una constante en cada uno de estos temas, y estas relación no ha sido dada desde hace poco, sino dese hace ya más de 3000 años los culturas tan antiguas como la Babilónica.

Pero muchas personas se preguntaran, ¿habrá alguna diferencia entre la forma en que vieron los babilonios o la cultura egipcia a la temperatura y también a lo que hoy denominamos calor?, la respuesta a ello es más que afirmativa, debido a que a lo largo de los siglos, hasta ahora, ha habido cambios no solo conceptuales con respecto a estas palabras sino también en relación a las gradaciones, en el caso de temperatura, que representa, de las cuales se rescatan la primera teoría de las magnitudes la cual se desarrollen el siglo IV a.

C. cuyos autores fueron los matemáticos griegos Eudoxio y Thaeatetus. Sin embargo, aún sigue la interrogativa de mucho estudiantes, ¿Por qué se tiene que aprender tantas formulas en el colegio para saber sobre estos temas?, la respuesta: su importancia es tanto biológica, como física, ya que depende de estas escalas y de su debida formulación para calcular las temperatura adecuadas en ciertos organismos lo como sueles usarse en determinados experimentos a su vez que también es importante en las carreras relacionadas con la física, esto se da más en el caso de las dilataciones las cuales se convirtieron en un factor muy importante en la construcción de la pirámide de Ergo, es preciso decir que este tema llamado calor y temperatura, que contiene los sub temas como dilatacion y calorimetría, es de gran importancia en nuestra sociedad, y su estudio es necesario debido a razones ya antes mencionadas, razon por la cual nos ha llevado a la creación del siguiente cuadernillo el cual esta especialmente dirigido a estudiantes de quinto año de secundaria.

Si bien este folleto no nos volverá expertos en calor y temperatura o calorimetría , pero lo cierto es que trata de la forma más amena y didáctica(incluye juegos sobre el tema a desarrollar) de enseñarlo y ponerlo en práctica para los alumnos que estén ingresando a este tema que les servirá para desarrollar más sus habilidades matemáticas y algebraicas que se os presentaran en cada problema.

1. Un calorímetro cuyo equivalente en agua es de 50 g contiene 300 g de agua a la

temperatura de 28 °C. Si se introducen 20 g de hielo a 0°C. ¿Cuál será aproximadamente la temperatura final de equilibrio?

A) 22,16 °C E) 62,16 °C

B) 32,16 °C

C) 42,16 °C

D) 52,16 °C

Resolución:

Q=0

Q1 + Q2 + Q3 + QCAL = 0

mHieloLF+mAguaCeAgua T+m3Ce3 T+mCALCeCAL T = 0 (20)(80)+ (20) (1) (T) + (300) (1) (T-28) +50(T-28) =0 1600 +20T + 350(T-28) = 0

T=22,16 °C

Rpta: A

2. Un vaso de vidrio con una masa de 30 g contiene 300 ml de agua a 30 °C, si se coloca un

cubo de hielo a 0 °C de masa 50 g en el vaso. Calcule aproximadamente la temperatura final de equilibrio.

(LFusión del hielo = 80 cal/g; CeVidrio = 0,15 cal/g °C) A) 14,5 °C Resolución:

B) 15,5 °C

C) 16,5 °C

D) 17,5 ºC E) 18,5 °C

Q=0 Q1 + Q2 + Q3 + Qvidrio = 0 50·80+(50)(1)T+(300)(1)(T-30)+(30)(0,15)(T-30) = 0 4 000+50T+300T-9 000 + 4,5T-135 = 0 354, 5 T = 5 135

T= 14, 48 °C

Rpta: A

3. Determinar la temperatura de equilibrio si mezclamos 10g de hielo a 0 °C con 50 g de agua a 70 °C. A) 44°C B) 55°C C) 45°C D)54°C Resolución:

QGANADO = QPERDIDO Q1 + Q2 = Q3 mHIELO LF + mAGUA Ce (TF - Ti) = mAGUA Ce (TF - Ti) 10 · 80 + 10 · 1 · (T - 0) = 50 · 1 · (70 - T) 80 + T = 5(70 - T) 80 + T = 350 - 5T 6T = 270 T = 45 ºC

4.

Rpta: C

Un bloque de cobre de 5 kg que está a 300°C se introduce en un recipiente con paredes aislantes que contiene una mezcla de hielo y agua a 0 °C. Luego de un tiempo se alcanza el equilibrio y el bloque de cobre queda con una temperatura de 0 °C. Calcular la cantidad de hielo, en kg, que se fundió.

(CeCu = 0,094 cal/g °C; LFusión= 80 cal/g) A) 0,76

B) 1,06

C) 1,76

D) 2,56

E) 3,56

Resolución: Q=0

QCu + QHielo = 0

mCu CeCu T + mHielo LF = 0 (5 000)(0,094)(0-300) + mHielo (80) = 0 1,76 kg

mHielo = 1 762,5 g =

Rpta: C

5. Se vierte 150 g de café caliente a 85 °C dentro de un vaso con tapa de vidrio de 210 g incluyendo la tapa a 22 °C. Calcular el calor específico del vidrio en cal/g °C, si la temperatura de equilibrio es 70,68 °C. Considere que no se intercambia calor con el ambiente. Cecafé = 4 000 J/kg °C. A) 0,1

B) 0,2

C) 0,4

D) 0,6

E) 1

Resolución: Q=0

Qcafé + Qvidrio = 0

mcafé Cecafé T + mvidrio Cevidrio T = 0 Donde: CeCafé = 4 000 J/kg °C = 0,96 cal/g ºC (0,15)(0,96)(70,68-85)+(0,21)(Cevidrio)(70,68-22) = 0 Ce vidrio =

0,2 cal/g ºC

Rpta: B

6. En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable contiene agua a 40 °C. Si se vierten 100 g de hielo a -80 °C al cabo de cierto tiempo se observa que no todo el hielo se derrite.¿Cuántos gramos de agua había originalmente?

A) 200 g

B) Más de 110 g

C) Menos de 500 g

D) Menos de 300 g

E) 300 g

Resolución: Suponiendo que se derrite exactamente todo el hielo, sería 0 °C: Q=0

la temperatura final

QAgua + QHielo = 0

mAgua CeAgua T + mHielo CeHielo T + mHielo LFusión = 0

mAgua(1)(0 – 40) + (100)(0,5)(0+80)+(100)(80)=0 mAgua(-40) + 4 000 + 8 000 = 0

mAgua = 300 g

Pero, no todo el hielo se derrite, entonces habría

menos de 300 g de agua ºC

Rpta: D

7. Una caja llena de perdigones de plomo se lanza verticalmente hasta una altura de 4m sobre el piso, luego cae al suelo quedando en reposo. Suponiendo que las paredes de la caja son aislantes térmicos ideales y la temperatura inicial de los perdigones era de 20 °C. Calcule la temperatura final de los perdigones después de efectuar cinco lanzamientos.

(CePb= 0,128 kJ/kg K; g= 9,8 m/s2) A) 20,5 Resolución:

B) 21,0

C) 21,5

D) 22,0

E) 22,5

En cada lanzamiento la energía potencial gravitatoria (Ep=mgh) se convierte en calor (Q). En cinco lanzamientos se cumplirá: Q = 5 Ep

m Ce T = 5 (mgh)

(128)(T-20) = 5 (9,8)(4)

T = 21,53 ºC

Rpta: C

8. Sobre un cubo de hielo a 0 °C se coloca una moneda de plata de 1,5 cm de diámetro, de 15 g, que se encuentra a 85 °C. Cuando la moneda está a 0 °C ha descendido en el hielo cm, manteniéndose horizontal. Sin considerar las pérdidas de calor al medio ambiente, calcule la distancia en cm.

Hielo = 0,92 g/cm3; CeAg = 5,59·10-2cal/g °C; LFusión del hielo = 80 cal/g A) 0,54

B) 1,01

C) 1,56 D) 2,03

Resolución: Q=0 QMoneda + QHielo = 0 m.Ce. T + mL = 0 (15)(5,59·10 )(-85)+m(80) = 0 La masa de hielo que se derrite:

E) 2,54

m = 0,89 g Hielo V = 0,89 (0,92)(A h) = 0,89 (0,92)( 9.

,

)h= 0,89

h=

h = 0,54 cm agua ºC

Rpta: A

¿Cuántas calorías son necesarias para convertir 15 g de hielo a 0 °C en vapor de agua a 100 °C? A) 11,5

B) 10,8

C) 1,56 D) 2,03

E) 2,54

Resolución:

Q1 = mHIELO LF = 15 · 80 = 1 200 cal Q2 = mAGUA Ce (TF - Ti) = 15 · 1 · 100 = 1 500 cal Q3 = mAGUA LV = 15 · 540 = 8 100 cal QTOTAL = Q1 + Q2 + Q3 = 10 800 cal =

10,8 Kcal

Rpta: B

1. Se tiene 200 cm3 de agua a 40ºC en un 5. Calcular la capacidad calorífica de una recipiente impermeable de calor. En ella se sustancia que varia de 50ªC cuando se le agregan 3 trozos de hielo de 20 y cada uno a agrega 2000cal.

-20ºC. Determinar la temperatura de b) 40cal/C b) 30cal/C c) 45cal/C equilibrio. c) 20ºC b) 30ªC c) 10ªC 6. Un alumno de la academia construye una nueva escala llamada “Weber”, en la cual 2. Un termómetro con escala arbitrario “A” el punto de congelación del agua es tiene como punto de fusión del hielo -20ºA 10ªW y el punto de ebullición 370ªW. Si y como punto de ebullición del agua de la temperatura del ambiente es de 15ºC. 180ª A. cuando en este termómetro se lee ¿Cuánto marca la nueva escala 50ªA. ¿Cuánto vale la temperatura en la termométrica? escala centígrada? a) 44º b) 32º c) 54º a) 25ºC b) 30ªC c) 35ªC 7. Hallar el aumento de volumen que experimentan 100cm3 de mercurio cuando su temperatura se eleva de 10ºC a 35ºC, si el coeficiente de dilatación cubica del mercurio es 18.10-6 ºC a) 0,045 b) 0,053 c) 0,098

3. En un calorímetro de equivalencia en agua igual a 100g, se tiene 0,2dm3 de agua a 50ªF, se introduce un cuerpo de 0.40 kg a 343 K. Si la temperatura final del sistema es 582ª R. Hallar el calor especifico del cuerpo en cal/gªC 8. Se mezclan 400g de agua a 15ºC con d) 3/2 b) 3/5 c) 6/2 200g de agua a 45ºC. ¿Cuál será la temperatura final de la mezcla? a) 12º b) 32º c) 25º 4. Un camión que vaya a razón de 36km/h frenar hasta detenerse. Calcular la cantidad de calorías producidas por el camión hasta detenerse (masa del camión es 5000 kg) e) 60kcal b) 30kcal c) 45kcal

9. ¿Cuántas calorías son necesarias para convertir 15g de hielo a 0ºC en vapor de agua a 100ºC? a) 12,3 b) 3,09 c) 10,8

9. La temperatura de una barra de plata sube 10ºC cuando absorbe 1.23kg de energía por calor. La masa de la barra es de 525 kg.

Determinar el calor especifico de la plata b) 0,234 b) 3,09 c) 0,654

14. Se tiene un termómetro en ºC mal calibrado, en donde la temperatura de fusión es 10ºC. cuando este termómetro marque 50ºC. ¿Cuál será la temperatura verdadera en ºF? a)100ºF

b) 96ºF

c) 104ºF

10. Un cubo de hielo cuya masa es de 50g y cuya 16. En una congeladora se colocan 1000g de temperatura es de -10ºC se coloca en un agua a 20ºC y se obtienen cubitos de hielo a estanque de agua, el cual se encuentra a 0ºC. 5ºC. Calcule la cantidad de calor en calorías ¿Qué cantidad de agua se solidificara? que se extrajo de agua. a) 3.45g b) 2,731g c) 3,125g a) -102, 5 b) 96 c) 104,8 11. Una bala de plomo de 100g es disparado, cuya temperatura es 40ºC lleva una velocidad de 100m/s y al quedar impregnado con un gran bloque de hielo a 0ºC. ¿Cuánto de hielo se derretirá? a) 1g b) 2g c) 3g 12. ¿Qué cantidad de hielo a 0ºC se requiere mezclar con un kilogramo de agua para bajar su temperatura desde 80ºC a 40ºC? b) 1/2 b) 2/5 c) 1/3

17. ¿Qué cantidad de calor debe ceder medio litro de agua a 50ºC para convertirse en hielo a 0ºC? a) 65000 b) 96000 c) 10400 18. A una temperatura de 17ºC una ventana de vidrio tiene un área de 1.6m2. ¿Cuál será su área final al aumentar su temperatura a 32ºC? vidrio: 14.6x10-6 a) 1.60029 b)1.24580 c) 1.6003504

13. Un calorímetro tiene 50g de agua en su fase 19. Se tiene 50g de agua a 800ºC. ¿Cuántas calorías debe ceder para que se convirtiera liquida a 0ºC se introduce en el 50g de hielo en hielo a -10ºC? a -30ºC. Determinar la cantidad de agua que a) 8250 b) 9652 c) 8520 se solidifica cuando se alcanzar la temperatura de equilibrio, sabiendo que el calorímetro no gana ni pierde calor. a) 9,1 b) 9,3 c) 9,5 20. Si definimos una nueva escala termométrica ºN en la cual el punto de ebullición del agua es 500ºN y el punto de ebullición del hielo es 15. Un calorímetro tiene 50g de agua en su fase de 100ºN la relación entre esta nueva escala liquida a 0ºC se introduce en el 50g de hielo TN y la de Celsius TC es: a -30ºC. Determinar la cantidad de no gana ni a) TC + 150 b) 2TC + 100c) 4TC + 100 pierde calor. b) 9,1 b) 9,3 c) 9,5

1.

Q1

-40° C

-20° C

Tfinal = T

-20°

Qfusión

Q2

0

Q3

T

40°

200cm3=200g Q1 + Q F + Q 2 = 3 m.Ce. T°.Lf.m + m.Ce. T° = m.Ce. T° 60.1/2.20 + 80.60 + 60.1.(T) = 200. 1.(40-T) 260 T =2600

T = 10° C

2.

180°A 50°A -20° C

3.

100°C T 0°

T – 0 = 50 – (- 20) 100-0 180 – (-20)

T = 70 100 200

T= 35° C

4. En primer lugar debemos determinar la cantidad de Joule que tiene en ese momento antes de frenar, luego: V=36 km/h = m /2 = 500.100/2 = 250000 J V=10m/S Luego: Q= =25000*0.24 Q= 60 000 cal Q=60 Kcal

5.

6.

7.

8.

Q gana Hielo -10째 C

Q pierde el agua 0째 C

Q gana = Q pierde m. Ce. T째 = Lf . Mx 50.1/2 . 10 = 80 Mx Mx = 250/80 Mx = 3,125

9. Eo = m . v2 /2 = 1/10 .1002/2 = 500 g Ec = 500 . 0,24 calorias Ec = 120 cal.

Lf . . m = m. Ce. T° + 120 cal.

80.m = 100 . 0,03 . 40 * 120 M = 3g 10.

QF+Q=Q2

0º

40º C

80 ºC

Lfm+m.Ce.t= m.Ce. 80m+40m=40000 120m=40000 m=1/3 kg……. Rpta.

11.

50 g -30° C

Q-

-30° C

50 (1/2) (30) = x – 80

Rpta.

0° C

12.

10° C

Termómetro Mal calibrado Si la la verdadera es 40 ° C

Termómetro Correcto 0° C temperatura incorrecta es 50° C,

0° C

F = 104

Rpta.

13.

20 ºC

0

QT=Q1+Q2+Q3 QT=10 (1)(-20)-80(10 )+ 10 (0.5)(-5)

QT=-20*10 -80(10 )-2.5*10

QT=- 102.5 Kcal…. Rpta 14.

m = 500 T° = 50° C Q= + Q = m.80 + 6m T° 0° C Hielo

50° C Agua

Q = 500. 80 + 1 (500) (50) Q = 500. 80 + 1 (25000) Q = 500. 80 + 25000 Q = 42500

Rpta.

Si 0,04 kg de metal a 80 °C se colocan en 0,15 kg de agua a 18 °C, y la temperatura final de la mezcla es de 20 °C, ¿cuál es el calor específico del metal, (en cal/g°C)?

Si 0,08 kg de aluminio de calor especifico 0,21cal/g°C, a 100 °C se colocan en 0,105 kg de agua a 13°C, ¿cuál es la temperatura final de la mezcla?

Se dan dos recipientes con agua, uno a 80 °F y el otro a 200 °F. Se toma una cierta cantidad de agua de cada recipiente y se mezcla obteniéndose 480 g de agua a 150 ° F. ¿Cuánta agua del recipiente a mayor temperatura se utilizó?

Una muestra de 200 g de una sustancia a la temperatura de 100 °C se deja caer dentro de un calorímetro que contiene 600 g de agua a la temperatura inicial de 20 °C. El calorímetro es de cobre (0,096 cal/g °C) y su masa de 500 g. La temperatura final del calorímetro es de 25 °C. Calcular el calor específico de la muestra, en cal/g °C. ¿Cuántas kilocalorías se liberan al cambiar 7,5 kg de vapor a 100 °C en agua a 40 ° C? Si 5 kg de metal de calor específico 0,092 cal/g °C a una temperatura de 182,8 °C se colocan en 1 kg de hielo a 0 °C, ¿cuál es la temperatura final de la mezcla?

Si 0,12 kg de vapor a 120 °C se condensa en 3,5 kg de agua a 30 °C contenida en un calorímetro de equivalente en agua igual a 0,1 kg, ¿cuál es la temperatura final de la mezcla?(calor específico del vapor: 0,5 cal/g°C.) Se dan dos recipientes con agua, uno a 80 °F y el otro a 200 °F. Se toma una cierta cantidad de agua de cada recipiente y se mezcla obteniéndose 480 g de agua a 150 ° F. ¿Cuánta agua del recipiente a mayor temperatura se utilizó?

Una muestra de 200 g de una sustancia a la temperatura de 100 °C se deja caer dentro de un calorímetro que contiene 600 g de agua a la temperatura inicial de 20 °C. El calorímetro es de cobre (0,096 cal/g °C) y su masa de 500 g. La temperatura final del calorímetro es de 25 °C. Calcular el calor específico de la muestra, en cal/g °C. ¿Cuántas kilocalorías se liberan al cambiar 7,5 kg de vapor a 100 °C en agua a 40 ° C?

¿Cuánto tiempo podrá hacerse funcionar un motor de 209 J/s, accionando la energía liberada por 1m de agua cuando la temperatura del agua desciende en 1 °C, si todo este calor se convirtiese en energía mecánica?

Físico y matemático alemán, nacionalizado después estadounidense. Descubridor del movimiento- browniano, el efecto fotoeléctrico y la teoría de la relatividad.

Albert Einstein (1879-1955). Físico y matemático alemán, nacionalizado suizo y más tarde estadounidense. Fue uno de los genios más controversiales de todos los tiempos, que revoluciono nuestra percepción del universo. Extravagante y distraído, pero también hombre simple, se interesó profundamente por los asuntos del mundo y tuvo fe en la grandeza del ser humano.

Su deseo infinito de comprensión y sed de conocimiento insaciable lo llevaron a realizar los más importantes descubrimientos que revolucionarían la ciencia, la filosofía y el mundo de la física.

Ese mismo año, 1900, se casa con Mileva Maric, croata ella, con quien tiene dos hijos: Hans Albert y Eduard. Obtiene al nacionalidad Suiza.

En 1902 ingresa a la oficina de patentes en Berna, Suiza. Entre ese año y 1909 publicó una serie de trabajos sobre física teórica. Envía sus trabajos a las Universidades de Zurich y Bern. Al finalizar 1909 Einstein era nombrado profesor asociado de física en la Universidad de Zurich y reconocido como el principal pensador científico de habla alemana. En 1911 su destino fue la Universidad de Praga y el Politécnico sueco en 1912, para culminar un año después con el prestigioso y bien remunerado cargo de director del Instituto Kaiser Wilhelm.

Su matrimonio resultó un fracaso por lo que se divorcia de Mileva para contraer nuevas nupcias con su prima Elsa Einstein, separada y con dos hijas, quien hizo de filtro de los numerosos visitantes del físico alemán y una mujer comprensiva de su trabajo.

http://ieselaza.educa.aragon.es/FisicaConceptualAplicada/Capitulo3/Archivos/CalorTemperatura.swf

http://www.construyendolaciencia.com/fisica-lab-calorimetria

"Los conceptos y principios fundamentales de la ciencia son invenciones libres del espĂ­ritu humano."

Dos cosas son infinitas: el universo y la estupidez humana; y yo no estoy seguro sobre el universo."

"Hay dos formas de ver la vida: una es creer que no existen milagros, la otra es creer que todo es un milagro."

http://www.seguidoresdelreydereyes.blogspot.com/2011/0 3/paris-completara-la-construccion-de-la.html http://es.wikipedia.org/wiki/Palacio_de_la_Paz_y_la_Reco nciliaci%C3%B3n http://www.floornature.es/proyectos-cultura/proyectoastana-kazajistan-piramide-de-la-paz-foster-and-partners2006-4796/ http://www.interciencia.es/PDF/History/Fisica%20Experim ental%20en%20el%20XVIII_Calorimetria.PDF Física: Teoriá y Practica. Walter Pérez Terrel, edición 2011.Editorial:San Marcos, páginas 557-562-574.