Unidad 4

CALORIMETRIA

EJERCICIOS

01 Cuantos metros cúbicos de gas de hulla, cuyo calor de combustión es de 5.600 kcal/m3, han de quemarse para elevar la temperatura de 200 litros de agua desde 10 ºC a 70 ºC, suponiendo un conjunto de pérdidas del 25 %Resp: 2,86 m3

02 Un cierto motor consume 10 kg de fue-oil por hora. El calor de combustión del aceite es 11.000 kcal/kg. El rendimiento total del motor es del 30 %.a) Cuantas kcal/h se convierten en trabajo mecánico.b) Cuantas kcal se disipan.c) Que potencia desarrolla el motor.Resp: 33.000 kcal/h ; 77.000 kcal/h ; 38,37 kw

03 Se queman completamente 2 g de carbón para calentar un recipiente que contiene 20 g de agua y 10 g de hielo en equilibrio térmico. Si el rendimiento del sistema es del 60 %, cual es la temperatura final del agua, en que estado se encuentra, y que masa tiene en cada estado. Graficar T = f (Q)Datos: Qcomb.carbón = 6.000 cal/g ; Lhielo = 79,7 cal/g ; Lvapor = 539 cal/gResp:100 ºC ; agua y vapor ; 23,69 g ; 6,31 g

04 El gráfico de la Figura 404 muestra como varía la temperatura de 100 g de una sustancia, inicialmente en estado líquido, con la cantidad de calor absorbida. Cual es la temperatura de fusión de la sustancia y cual es su calor de fusión.Resp: 240 ºC ; 6 cal/g

05 La Figura 405 representa la variación de temperatura en función del calor, para una sustancia que pasa de la fase gaseosa a la fase líquida. Calcular los calores específicos de las fases líquida y gaseosa, y el calor de vaporización de la sustancia, en función de la masa “m”.Resp: 8/3m cal/g ºC ; 12/m cal/g ºC ; 800/m cal/g

____________________________________________________________________________________Cátedra de Física II Facultad de Ingeniería U.N.A.Prof. Ing. Ricardo Giménez Tarrés

240

T (ºC)

200 800Q (cal)

Figura 404

T (ºC)

Q (cal)

150

100

50

500 1000 1500

Figura 405

06 La cantidad de calor absorbida por un cuerpo de 10 g de masa, inicialmente en estado sólido, en función a la temperatura, se muestra en la figura 406. Calcular:a) La temperatura de fusión de la sustancia.b) El calor específico en la fase sólida.c) El calor específico en la fase líquida.d) El calor de fusión de la sustancia.Resp:50 ºC ; 0,2 cal/g ºc ; 0,1 cal /g ºC ; 20 cal/g

Q (cal) Q (cal)

400 M 300

300200 N

100 t (ºC) t (ºC)

50 150 30 50Figura 406 Figura 407

07 El gráfico de la Figura 407 representa la cantidad de calor absorbida por dos cuerpos “M” y “N” de masas iguales, en función de la temperatura. Hallar la relación que existe entre los calores específicos de los dos cuerpos.Resp:2,5

08 El gráfico de la Figura 408 representa la cantidad de calor cedida y absorbida por los cuerpos “A” y “B”, en función de la temperatura. La masa de “B” es el doble de la masa de “A”. Calcular la relación entre los calores específicos de “A” y “B”.Resp: 4

09 Una pieza de cobre (c = 0,092 cal/g ºC) de 500 g de masa, a 250 ºC, se introduce en 2 litros de agua que está a 20 ºC. Cual será la temperatura final del agua y del cobre.Resp: 25 ºC

10 Un litro de agua a 20 ºC se encuentra en un calorímetro de capacidad calorífica despreciable. Si se hace circular 20 g de vapor de agua (Lv = 539 cal/g), cual será la temperatura final del sistema.Resp: 32 ºC

____________________________________________________________________________________Cátedra de Física II Facultad de Ingeniería U.N.A.Prof. Ing. Ricardo Giménez Tarrés

Q

T

Q

t

2t

4t B

A

Figura 408

11 Una pieza de fundición que pesa 50 kg es sacada de un horno en el que su temperatura es 500 ºC e introducida en un tanque que contiene 400 kg de aceite a la temperatura de 25 ºC. La temperatura final es de 38 ºC, siendo el calor específico del aceite 0,5 kcal/kg ºC. Cual es el calor específico de la fundición?. Despreciar la capacidad calorífica del tanque y todas las pérdidas caloríficas.Resp: 0,1126 kcal/kg ºC

12 Un recipiente de aluminio (cal = 0,217 cal/g ºC) de 600 g de masa, contiene en su interior 1.500g de hielo a -1ºC. Cual será la temperatura de equilibrio si se introduce en el recipiente 50 g de agua a 10 ºC.Resp: -5,2 ºC

13 Una bala de plomo de masa 5 g, que tiene una energía cinética de 12,6 joule, alcanza el blanco y queda en reposo. Cual sería la elevación de la temperatura de la bala si ninguna porción del calor producido se perdiese en el medio exterior.Dato: cplomo = 0,03 cal/g ºCResp: 20 ºC

14 Un vaso cuya capacidad calorífica es despreciable, contiene 500 g de agua a la temperatura de 80 ºC. Cuantos gramos de hielo a la temperatura de –20 ºC han de dejarse caer dentro del agua para que la temperatura final del sistema sea de 50 ºC.Datos: chielo = 0,55 cal/g ºC ; Lhielo = 79,7 cal/gResp: 106,6 g

15 Un calorímetro contiene 500 g de agua y 300 g de hielo, todo ello a la temperatura de 0 ºC. Se toma un bloque metálico de un horno cuya temperatura es 240 ºC, y se deja caer rápidamente dentro del calorímetro, resultando que se produce exactamente la fusión de todo el hielo. Cuál sería la temperatura final del sistema si hubiera sido el doble la masa del bloque?. Despréciese las pérdidas caloríficas del calorímetro, así como su capacidad calorífica.Resp: 24 ºC

16 Un recipiente calorimétrico de cobre, que tiene una capacidad calorífica de 30 cal/ºC, contiene 50 g de hielo. El sistema se encuentra inicialmente a 0 ºC. Se hace circular dentro del calorímetro 12 g de vapor a 100 ºC. Cual es la temperatura final del calorímetro y de su contenido.Datos: Lhielo = 79,7 cal/g ; Lvapor = 539 cal/gResp: 40 ºC

17 En un recipiente que contiene 200 g de vapor a 100 ºC se arrogan 400 g de hielo a –20ºC. Hallar el estado final de equilibrio del sistema, suponiendo las pérdidas despreciables, y la masa que posee en dicho estadoDatos: Chielo = 0,55 cal /g ºC ; Lhielo = 79,7 cal/g ; Lvapor = 539 cal/gResp: 541,5 g. agua y 58,5 g. vapor a 100 ºC

____________________________________________________________________________________Cátedra de Física II Facultad de Ingeniería U.N.A.Prof. Ing. Ricardo Giménez Tarrés

18 Un cilindro de acero de sección transversal 90 cm2, contiene 10,8 litros de glicerina. Se adosa al cilindro un pistón perfectamente ajustado que soporta un peso de 2.800 kg. Se eleva la temperatura del sistema de 15 ºC a 70 ºC. Despreciando la dilatación del acero, calcular:a) El aumento de volumen de la glicerina.b) El trabajo mecánico realizado por la glicerina contra el peso.c) La cantidad de calor tomado por la glicerina.Datos: para la glicerina: = 0,485 10-3 1/ºC ; = 1,26 ; c = 0,57 cal/g ºCResp: 288 cm3 ; 89,6 kgm ; 426,6 kcal

19 Cuantos KWH consume un calentador, cuyo rendimiento es del 80 %, en evaporar totalmente medio litro de agua al que se agrega 100 g de hielo a –15 ºC. Despreciar la capacidad calorífica del calentador. La temperatura inicial del agua es 20 ºC Resp:0,56 KWH

20 Un cubo hueco de 10 cm de arista, se forma con placas de aluminio de 1 cm de espesor. Si alrededor del cubo se hace circular 50 g de vapor a 100 ºC, este se convierte en agua a 80 ºC. Calcular la nueva dimensión del cubo.Datos: ρal = 2,5 g/cm3 ; cal = 0,217 cal/g ºC ; αal = 24 10-6 1/ºC ; Lvapor = 539 cal/gResp: 10,02 cm

21 Una masa de 6 kg cae desde una altura de 50 m y hace girar una rueda que agita 0,6 kg de agua que está a 15 ºC. A cuanto se eleva su temperatura?Resp: 16,17 ºC

22 Al perforar un agujero en un bloque de aluminio (c = 0,215 cal/g ºC) de 4,45 N, se proporciona una potencia a razón de 298 W durante 2 min.a) Que cantidad de calor se genera.b) Cual es la elevación de temperatura del aluminio si el 75 % del calor generado

calienta el aluminio.Resp: 8,543 kcal ; 65 ºC

23 Una cantimplora de aluminio, cuya masa es de 500 g, contiene 750 g de agua y 100 g de hielo. Se deja caer la cantimplora desde un avión a tierra. Después de la caída se encuentra que la temperatura de la cantimplora es de 25 ºC. Suponiendo que durante el impacto no se comunica energía al suelo, cual era la velocidad de la cantimplora un instante antes del aterrizaje.Datos: Lhielo = 79,7 cal/g ; caluminio = 0,217 cal /g ºCResp:445 m/s

24 Un balín de hierro de 50 g de masa, moviéndose a una velocidad de 100 m/s, se incrusta en un bloque de cobre de 0,2 kg que se encuentra en reposo sobre una superficie lisa sin rozamiento. Calcular la variación de temperatura del sistema bloque-balín suponiendo que ambos tenían la misma temperatura antes del choque.Datos: chierro = 0,119 cal/g ºC ; ccobre = 0,093 cal/g ºCResp:1,95 ºC

____________________________________________________________________________________Cátedra de Física II Facultad de Ingeniería U.N.A.Prof. Ing. Ricardo Giménez Tarrés

25 En un depósito de hierro (c = 0,12 cal/g ºC), de 14 kg de masa, hay 40 litros de agua a 5 ºC. Sobre él cae agua de una canilla a 65 ºC, a razón de 200 m3/s. Calcular el tiempo que debe estar abierta la canilla para que la temperatura de la mezcla sea de 35 ºC. Despreciar la influencia exterior.Resp: 208,4 seg

26 El recipiente de masa m2 = 2,1 kg de la Figura 426 está tapado en el fondo por medio de un tapón de masa m1 = 0,7 kg, que inicialmente está perfectamente ajustado. Contiene 10 g de hielo en equilibrio térmico a 0 ºC. Se le agrega agua a 100 ºC. Suponiendo que no hay pérdidas de calor al medio, determinar:a) La temperatura a la cual el recipiente comenzará a perder líquido en el fondo.b) La cantidad de agua que se debe agregar para que eso ocurra.Datos: 1 = 13 10-6 1/ºC ; 2 = 24 10-6 1/ºC ; c1 = 0,32 cal/g ºc ; c2 = 0,22 cal/g ºC

e = 50,05 cm ; i = 50 cmResp: 90 ºC ; 7,125 Kg

e

Figura 426

i

27 Un vaso de metal de 10 cm de altura, 4 cm de diámetro, y 100 g de masa, está a 80ºC. Se llena el vaso con igual cantidad de agua a 10ºC y glicerina a 30ºC.a) Que altura final ocupa cada líquido en el vaso.b) Se derrama algún líquido?. En caso afirmativo, señalar cual y cuantificar.Datos: metal= 12 10-6 1/ºC ; cmetal=0,093 cal/g ºC ; agua= 0,39 10-3 1/ºC ; glice= 0,485 10-3 1/ºC ; cglice= 0,57 cal/g ºC ; glice= 1,26 g/cm3 Obs: para los cálculos usar tres decimalesResp: 4,990 cm de glicerina ; 5,003 cm de agua ; se derrama 0,12 cm3 de agua

28 Cuantos guaraníes cuesta evaporar totalmente 1 litro de agua que está a 10 ºC, y al que se le agrega 400 g de hielo a -10 ºC, utilizando un calentador cuyo rendimiento es del 75 %, sabiendo que el consumo de 1 KWh cuesta 1.000 guaraníes.Datos: chielo = 0,55 cal/g ºC ; Lhielo = 79,7 cal/g ; Lvapor = 539 cal/gResp: 1.420 guaraníes

. . . . . . . . . . . .

____________________________________________________________________________________Cátedra de Física II Facultad de Ingeniería U.N.A.Prof. Ing. Ricardo Giménez Tarrés