CALOR Y TEMPERATURA - J Arturo Corrales Hernández

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CALOR Y TEMPERATURA
Conceptos y fórmulas útiles
Calor específico
El calor específico ce de una sustancia es la cantidad de calor que hay que suministrarle por
unidad de masa para elevar su temperatura en una unidad, esta se expresa en unidades
de cal/g°C. Esta cantidad depende la temperatura a la que se encuentra la sustancia, pero
se considerará constante mientras no ocurra un cambio de fase.
Capacidad calorífica
La capacidad calorífica es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una
determinada sustancia en una unidad de temperatura. En términos matemáticos se
expresa como C = ce m, donde m es la masa de sustancia. Este parámetro refleja la mayor
o menor dificultad que tiene una sustancia a sufrir un cambio de temperatura para un
dado calor transferido a la misma.
Transferencia de calor a un cuerpo
El calor transferido a una sustancia se escribe como: Q = ce m ΔT
Donde Q es el calor transferido a un cuerpo de masa m que sufre un cambio de 
temperatura ΔT. De esta manera, si un cuerpo aumenta su temperatura está recibiendo
calor de manera que Q > 0, caso contrario Q < 0.
Equilibrio térmico
Cuando dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, el cuerpo de
mayor temperatura transfiere calor al de menor hasta que el sistema alcanza el equilibrio
térmico, donde ambos cuerpos se encuentran a la misma temperatura.
Calor latente de fusión y vaporización
El calor latente es la energía por unidad de masa requerida para producir un cambio de
fase. Este cambio puede ser de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso
(calor de vaporización). Normalmente se simboliza con la letra L y en el SI tiene unidades
de J/kg.
Ejercicios de aprendizaje
1. a) ¿Cuánto calor se requiere para calentar 250 mL de agua de 20 °C a 35 °C?, b)
¿Cuánto calor pierde el agua cuando se regresa a 20 °C?
a) 16000 J; -16000 J
b) -15625 J; 15625 J
c) 3750 cal; -3750 cal
d) a y c son correctas.
2. A que temperatura ambas escalas termométricas, Celsius y Fahrenheit marcan el
mismo valor:
a) 32
b) 55
c) 15
d) -40
e) -32
3. La escala termométrica de Kelvin se caracteriza por todo lo siguiente, excepto:
a) Ser denominada temperatura absoluta.
b) Tener como punto fijo inferior la temperatura a la cual la energía cinética
molecular alcanza su valor mínimo.
c) Estar dividida en 273 divisiones iguales entre el punto fijo inferior y el cero
de la escala Celsius.
d) Ser cada una de las divisiones iguales a las de la escala Celsius.
e) Tener divisiones que representan intervalos de temperatura menores que
los de la escala Fahrenheit.
4. La temperatura del hielo seco de sublimación a la presión normal es de -109 °F, si
la comparamos con la temperatura de ebullición del estaño que vale -88 °C,
podemos decir que la primera respecto de la segunda es:
a) Más alta.
b) Más baja.
c) Igual.
d) No puede comprarse.
e) Ninguna es correcta.
5. ¿Qué es lo correcto?
a) 1 °F > 1 °C
b) °F = 1,8 °C + 32
c) -40 °C= -40 °F
d) a y b son correctas.
e) Todas correctas.
6. Indicar cuáles de las opciones equivale a una temperatura de -15 °C:
a) 5 °F
b) -15 K
c) 95 °F
d) 300 K
e) -15 °F
7. ¿Cuál de las siguientes equivalencias es correcta?
a) 68 °F = 20 °C y 5 °F = -15 °C
b) 176 °F = 80 °C y 30 °C = 86 °F
c) 5 °C = 48 °F y -20 °C = -4 °F
d) a y b son correctas.
e) Todas son correctas.
8. Convertir -195,5 °C en °F, -430 °F en °C y 1705 °C en °F.
a) -196,4 °F; -256 °C; 3101 °F
b) -319,9 °F; -724 °C; 3101 °F
c) -319,9 °F; -256,7 °C; 3101 °F
d) -126,4 °F; -724 °C; 929,4 °F
e) -196,4 °F; -724 °C; 3101 °F
9. Los puntos de fusión y ebullición, a la presión atmosférica, del alcohol etílico son
-117 °C 78,5 °C respectivamente. Convertir estas temperaturas a la escala
Fahrenheit.
a) Punto de fusión = - 178,6 °F
b) Punto de ebullición = 173,3 °F
c) Punto de fusión = 242,6 °F
d) Punto de ebullición = 109,3 °F
e) a y b son correctas.
10. Los puntos de ebullición y fusión, a la presión atmosférica, del mercurio son 675
°F y -38 °F respectivamente. Expresar dichas temperaturas en unidades de la
escala centígrada:
a) Punto de ebullición = 357,2 °C
b) Punto de fusión = -38,8 °C
c) Punto de ebullición = 392,8 °C
d) a y b son correctas.
e) b y c son correctas.
11. ¿A qué temperatura expresada en grados centígrados, la lectura en laescala
Fahrenheit supera en 500 °F a la lectura en la escala centígrada?
a) 585 °C
b) 655 °C
c) 327 °C
d) 455 °C
e) 468 °C
12. ¿Cuál es la masa de un cuerpo cuyo calor específico vale 0,15 cal/g°C si su
capacidad calorífica es de 300 cal/°C?
a) 45 kg
b) 45 g
c) 2000 g
d) 5 g
e) 20 kg
13. ¿Cuántas calorías son necesarias para calentar de 15 °C a 65 °C cada una de las
siguientes sustancias? a) 3 g de aluminio; b) 5 g de vidrio pyrex; c) 20 g de platino.
(ceAl = 0,2158 cal/g°C; cevi = 0.200592 cal/g°C; cePt = 0.031044cal/g°C)
a) 32,3 cal; 50 cal; 31,04 cal
b) 134,58 J; 208,33 J; 31,04 J
c) 32,3 cal; 50 J; 31,04 cal
d) 32,3 J; 208 J; 33 cal
e) 323 cal; 20,8 cal; 3104 kcal
14. Se tienen 500 cm3 de agua a 30 °C y se le extraen 15 Kcal. Cuál es la temperatura
final del agua:
a) 10 °C
b) 22 °C
c) 273,15 K
d) 0 °C
e) c y d son correctas.
15. Una muestra de cobre de 50 g está a 25 °C. Si por transferencia de calor
se agregan 1.200 J de energía al cobre. Cuál es la temperatura final de la mezcla
si el calor específico del cobre es de 0,093 cal/g°C.
a) 25,6 °C
b) 31,6 °C
c) 86,6 °C
d) 38,4 °C
e) 26,6 °C
16. ¿Cuánto calor sale de 25 g de aluminio cuando se enfría de 100 °C a 20 °C? (ce =
880 J/kg°C).
a) 1760 cal
b) 422,4 cal
c) 300,8 cal
d) 1215 cal
e) 422,4 kcal
17. Supóngase que una persona de 60 kg consume 2500 kcal en comida durante un
día. Si el equivalente total de calor de este alimento fuese retenido por el cuerpo
de una persona, ¿Cuál sería el cambio en temperatura que le ocasionaría? (para
el cuerpo, ce = 0,83 cal/g°C)
a) 50 K
b) 122 °F
c) 323°C
d) a y b son correctas.
e) Todas son correctas.
18. Un automóvil de 1500 kg masa va a 5 m/s. AI frenarlo, la cantidad decalorías
transferidas es, aproximadamente de:
a) 4500 cal
b) 3500 cal
c) 2500 cal
d) 1500 cal
e) 1000 cal
19. Un estudiante consume alimentos que contienen 2000 kcal de energía y desea
hacer una cantidad equivalente de trabajo en el gimnasio levantando unobjeto
de 50 kgf a una altura de 2 m. ¿Cuántas veces deberá levantar el objeto para
consumir la misma cantidad de energía incorporada?
a) 3550 veces.
b) 677 veces.
c) 8550 veces.
d) 10990 veces.
e) 15000 veces.
20. Para fabricar fibra de vidrio se debe calentar a 1500 °C y enfriarlo 25 °C con un
baño de agua. Para enfriar 15 kg de vidrio ¿la cantidad de agua necesitaría a 15
°C es de? (cefv = 200 cal/kg°C; ceH2O = 1cal/g°C; ẟH2O = 1000 kg/m³).
a) 442,5 L
b) 9050 mL
c) 4003 dL
d) 1200 L
e) 665 dm³
21. Un termo contiene 250 g de café a 90 °C y se le añade 20 g de leche a 5 °C. Después
de que se establece el equilibrio, ¿Cuál es la temperatura del líquido? Considere
que ambas sustancias poseen el mismo Ce.
a) 83,7 °C
b) 356,7 K
c) 78,5 °F
d) 182,8 K
e) b y c son correctas.
22. Cuando se ponen en contacto dos cuerpos que inicialmente no están en equilibrio
térmico, al alcanzarlo se cumple que:
a) La elevación de la temperatura del cuerpo más frío ha de ser igual a la
caída de temperatura del cuerpo más caliente.
b) Al alcanzar el equilibrio térmico ambos cuerposinevitablemente
contienen la misma cantidad de calor.
c) La cantidad de calor cedida por el cuerpo más caliente es igual a la
recibida por el más frío.
d) Para lograr el equilibrio térmico, la capacidad calorífica específica del
cuerpo más frío debe ser menor que la del más caliente.
e) Todo es correcto.
23. Dos cuerpos se hallan en desequilibrio térmico siempre que poseen:
a) Diferente calor específico.
b) Diferente masa.
c) Diferente contenido calórico.
d) Diferente capacidad calorífica.
e) Diferente temperatura.
24. Un termo contiene 150 g de agua a 4 °C. Dentro de él se colocan 90 g de metala
100 °C. Después de que se establece el equilibrio, la temperatura del agua y del
metal es de 21 °C. ¿Cuál es el calor específico del metal?
a) 0,36cal/g°C
b) 1500 J/kg°C
c) 1,5 J/g°C
d) a y b son correctas.
e) Todas correctas.
25. Dos placas metálicas idénticas (masa = m y calorespecífico = c) tienen diferentes
temperaturas; una es de 20 °C y otra de 90 °C. Si son colocadas y hacen un buen
contacto térmico ¿Cuál será su temperatura final?
a) 55 °C
b) 328 K
c) 131°F
d) a y b son correctas.
e) Todas son correctas.
26. Se calientan 100 g de agua a 0 °C y 300 g de agua a igual temperatura enforma
separada. En la primera, se coloca una escala centígrada que sube 20 °C y en la
segunda una escala Fahrenheit que sube 36 °F, luego se mezclan ¿Cuál es
Ia temperatura final de la mezcla?
a) 36 °F
b) 52 °F
c) 36 °C
d) 110 °F
e) 44 °F
27. Para elevar la temperatura de 5 kg de agua de 20 a 30 °C se calienta una barrade
hierro de 2 kg y se sumerge en agua. ¿Qué temperatura debe tener la barra de
hierro? cFe = 0,11 kcal/kg°C.
a) 117 °C
b) 257 °C
c) 234 °C
d) 56 °C
e) 110 °C
28. En un calorímetro que contiene 400 g de agua se introduce un trozo de metalde
50 g a 80 °C. La temperatura inicial del agua es 10 °C y la de equilibrio de la mezcla
12 °C. Calcular el calor específico del metal, suponiendo que el calorímetro no
absorbe calor.
a) 0,255 cal/g°C
b) 0,235 cal/g°C
c) 0,277 cal/g°C
d) 0,887 cal/g°C
e) 0,353 cal/g°C
29. En un calorímetro de mezcla que contiene 428 g de agua a 20° C se introduceun
trozo de cobre de 65 g a 100 °C. ¿Qué temperatura toma el agua cuando se
establece el equilibrio térmico: (ceCu = 0,093 cal/g°C)?
a) 25 °C
b) 34 °C
c) 18,1 °C
d) 21,1 °C
e) 36,1 °C
30. Supóngase que una persona ingiere comida equivalente a 2.500 cal por día, pierde
esta cantidad en calor a través de la evaporación del agua de su cuerpo. ¿Cuánta
se vaporiza al día? (L = 540 cal/g)
a) 46296 kg
b) 4,6296 kg
c) 4,6296 g
d) 0,46296 kg
e) 46296 g
31. Indicar cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera:
a) El calor latente se mide en cal/g°C.
b) El calor solo se trasmite a través de la materia.
c) Un objeto que se funde cede calor.
d) Cuando la diferencia de temperatura entre las caras de una pared es
menor, el calor fluye más rapidamente a través de ella.
e) La capacidad calorífica es una medida de la resistencia de una sustancia a
cambiar la temperatura.
32. ¿Cuánta agua permanece sin congelar después de haber extraído 50,4 kJ de calor
de 258 g de agua líquida inicialmente a 0 °C?
a) 151,2 g
b) 138,3 g
c) 107,5g
d) 235 g
e) 95,3 g
Equilibrio Térmico y Cambio de Estado
33. Determine la temperatura resultante cuando se mezclan 150 g de hielo a 0 °C con
300 g de agua a 50 °C (Lf = 80 kcal/kg)
a) 7,60 °C
b) 6,70 °C
c) 279,70 K
d) 44,06 °F
e) b y c son correctas.
34. Una masa de 580 g de hielo se pone en contacto con 800 g de agua a 50 °C.
¿Cuánta masa de hielo queda sin derretir?
a) 80 g
b) 50 g
c) 100 g
d) 134 g
e) 25 g
Potencia Térmica
35. ¿Cuánto tiempo le tomará a un calentador de 500 W elevar la temperatura de 15
°C hasta 98 °C a 400 g de agua?
a) 278 min
b) 4 min 38 s
c) 7,72x10-2 horas
d) b y c son correctas.
e) a y c son correctas.
36. Un calentador eleva hasta 30 °C, la temperatura de 400 g de agua que estabana
27 °C ¿Cuál es Ia potencia del calentador, si lo realiza en 50 segundos?
a) 200 cal/min
b) 100 J/s
c) 5000 J/s
d) 1200 cal
e) 1200 cal/s
37. Un calentador eléctrico que produce 900 W de potencia es utilizado para
vaporizar agua. ¿Cuánto líquido a 100 °C puede ser transformada a vapor en3
min por el calentador?
a) 300 g
b) 183 g
c) 13,8 g
d) 72 g
e) 100 g