Prof. Giovanni Salini C. | Dr. en Cs. Físicas| Física II (230016) | Departamento de Física | Noviembre 2011

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PRÁCTICA 1: TERMODINÁMICA PARTE II 1.- Un bloque de cobre de 75 g se saca de un horno y se echa en un vaso de cristal de 300 g que contiene 200 g de agua. Se observa que la temperatura del agua y el calorímetro se elevan desde 12 °C a 27 °C. ¿Cuál era la temperatura del horno si el calor específico del cobre es igual a 0,093 y el del vidrio 0,118? (R.: 533,24 °C). 2.- 20 g de hielo en el calorímetro de cobre de 10 g de masa se encuentran a una temperatura de − 30 °C. ¿Cuánto vapor a 100 °C debe condensarse si el hielo se transforma en agua y se calienta a 40 °C. (R.: 4,6 g) 3.- Una muestra de 50,0 g de cobre se halla a una temperatura de 25,0 °C. Si se añaden a la muestra 1200 J de energía mediante transferencia de calor, ¿cuál será la temperatura final del cobre? (ccobre = 38 J/kg °C) (R.: 87,0 °C) 4.- Una herradura de hierro de 1,5 kg, que inicialmente se encuentra a una temperatura de 60,0 °C, se introduce en un cubo que contiene 20,0 kg de agua a 20,0°C. ¿Cuál es la temperatura final? (Ignore el calor específico del contenedor y suponga que la cantidad de agua que se evapora al introducir la herradura es despreciable) (R.: 29,6 °C) 5.- Un calorímetro de aluminio, con una masa de 100 g, contiene 250 g de agua.

El calorímetro y el agua se encuentran en equilibrio térmico a 10,0 °C. Se colocan dos bloques metálicos dentro del agua. Uno de ellos es una pieza de cobre de 50,0 g a 80,0 °C. El otro bloque tiene una masa de 0,0 g y se halla originalmente a una temperatura de 100 °C. El sistema completo se estabiliza a una temperatura final de 20,0 °C. (a) Determine el calor específico de la muestra desconocida. (b) Adivine cuál es el material de la muestra desconocida, usando los datos reflejados en alguna tabla sobre calores específicos. (R.: a) 0,435 cal/g °C) 6.- Un termómetro de 0,055 kg de masa y cuyo calor específico es de 0,2 cal/g marca 15 °C. Luego se sumerge completamente en 0,3 kg y alcanza la misma temperatura final que el agua. Si el termómetro marca 44,4 °C y es exacto, ¿cuál era la temperatura del agua antes de que se sumergiera el termómetro? (R.: 45,5 °C) 7.- Un calorímetro, de calor específico despreciable, contiene 200 g de agua y 500 g de hielo a una temperatura de 0 °C. se toma un bloque metálico de 0,3 kg de un horno a una temperatura de 220 °C y se deja caer rápidamente dentro del calorímetro. Determine (a) el calor específico del bloque metálico,

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(b) ¿para qué masa del bloque, a la misma temperatura de 220 °C, se evaporará el 1% del agua? LV = 540 cal /g; LF = 80 cal/g. (R.: a) 0,6 cal/g °C; b) 1,58 kg)) 8.- Una bala de plomo de 3,0 g a 30,0 °C es disparada con una rapidez de 240 m/s, incrustándose en un gran bloque de hielo a 0 °C. ¿Qué cantidad de hielo se funde? cplomo= 128 J/kg°C; LF=3,33×105 J/kg. (R.: 0,294 g). 9.- Dos cubos de hielo de 50 g se introducen en un vaso que contiene 200 g de agua. Si la temperatura inicial del agua era 25 °C, y si el hielo provenía directamente de un refrigerador que opera a − 15 °C, ¿cuál será la temperatura final de la bebida? Calor específico del hielo es de 0,5 cal/g °C y el calor latente de fusión es 80 cal/g. 10.- En un vaso Dewar que contiene 300 g de un líquido a 25 °C se introducen 150 g de hielo a − 6 °C. (a) Se fundirá todo el hielo suponiendo que el vaso está bien aislado? (b) Si no se funde totalmente, ¿qué masa de hielo subsistirá una vez alcanzado el equilibrio? (c) ¿A qué temperatura debería estar inicialmente el líquido para que se fundiera justamente el hielo y todo el sistema quedara a 0 °C. (R.: b) 57 g de hielo; c) 40 °C) 11.- En un recinto térmicamente aislado hay un litro de agua a 12 °C, En ella se introducen 150 g de cobre a 200 °C. (a) ¿Qué cantidad de hielo fundente habrá que añadir para que, una vez fundida, la temperatura final sea de 0°C? (b) ¿Qué temperatura se alcanzará si se añaden 100 g de hielo fundente?

(c) ¿Qué sucederá si se añaden 200 g de hielo fundente? ccobre = 39 J/kg K; chielo = 4180 JkgK. (R.: a) 190 g; b) 6 °C) 12.- Un bloque de cobre de 1,00 kg a 20 °C se deja caer en un gran tanque de nitrógeno líquido a 77,3 K. ¿Cuántos kilógramos de nitrógeno se habrán evaporado cuando el cobre alcance la temperatura de 77,3 K? ccobre = 0,0920 cal/g °C; el calor latente de vaporización el nitrógeno es de 48,0 cal/g. 13.- Un calorímetro de cobre de 50,0 g contiene 250 g de agua a 20,0 °C. ¿Cuánto vapor debe condensarse en el agua para que la temperatura final del sistema alcance los 50,0 °C? (R.: 12,9 g de vapor)