3 Bloque Calor y temperatura INCOMPLETO - J Arturo Corrales Hernández

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UNIVERSIDAD DE MENDOZA
FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
Curso Preuniversitario
Carrera de MEDICINA
Guía de Estudio
FÍSICA
Profesor: Bioingeniero Ricardo Juri
Tutores:	Ingeniera María Gisela Ferreira Ingeniero Walter Aquindo
 	FISIC
Universidad de Mendoza
3º Bloque: 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
VER VIDEO 1: Temperatura y Calor
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.
e) b 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. Si por que es donde se establece el punto triple de estado del agua donde coexisten el solido liquido y gaseoso en estado de equilibrio. (0,01 °C y 4,58 mmHg)
b) Tener como punto fijo inferior la temperatura a la cual la energía cinética molecular alcanza su valor mínimo. Si, por que en Kelvin es la única escala que logra el cero absoluto. 
c) Estar dividida en 273 divisiones iguales entre el punto fijo inferior y el cero de la escala Celsius. Si por que el kelvin, que se define como 1/273.16 de la diferencia entre el cero absoluto y la temperatura del punto triple del agua.
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 la escala 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 = 0.031044 cal/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 de calorías 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
VER VIDEO 2: Equilibrio Térmico
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 cuerpos inevitablementecontienen 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 metal a 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) 0,36 cal/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 metal de 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 introduce un 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
VER VIDEO 3: Calor Latente y Cambio de Estado
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)	107,5 g
d) 235 g
e) 95,3 g
VER VIDEO 4: 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
VER VIDEO 5: 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 en 3 min por el calentador?
a) 300 g
b) 183 g
c) 13,8 g
d) 72 g
e) 100 g
Ejercicios de perfeccionamiento
1. La temperatura de dos cubos de igual volumen, uno de hierro (ce = 0,115 cal/g°C) y otro de platino (ce = 0,159 cal/g°C) aumenta 10 °C. ¿Cuántas veces absorbió más calor uno que otro (ẟPt = 21,4 g/cm3; ẟFe = 7,86 g/cm3)
a) 10 veces
b) 3,76 veces
c) 5,88 veces
d) 2 veces
e) 5 veces
2. Se adiciona cierta cantidad de calor a una masa de aluminio (ce = 0,21 cal/g°C) y por consiguiente su temperatura se eleva 57 °C. Supóngase que la misma cantidad de calor se adiciona a la misma masa de cobre (ce = 0,093 cal/g°C).
¿Cuánto se elevará la temperatura del cobre?
a)	25,24 °C
b)	129 K
c)	-144 °C
d)	402 K
e)	129 °F
3. Una pieza de metal de 50 g, a 95 °C se deja caer dentro de 250 g de agua a 17 °C y su temperatura se incrementa hasta 19,4 °C. ¿Cuál es el calor específico del metal?
a) 0,126 cal/g°C
b) 0,03 cal/g°C
c) 0,159 cal/g°C
d) 0,189 cal/g°C
e) 1,53 cal/g°C
4. Un calorímetro de cobre (ce = 0,092 cal/g°C) de 55 g contiene 250 g de agua a 18
°C. Cuando se deja caer dentro del calorímetro 75 g de aleación a 100 °C, la temperatura final es de 20,4 °C, ¿Cuál es el calor especifico de la aleación?
a) 0,206 cal/g°C
b) 0,309 cal/g°C
c) 0,103 cal/g°C
d) 0,412 cal/g°C
e) 0,508 cal/g°C
5. ¿Cuánto calor es necesario para cambiar 10 g de hielo a 0 °C a vapor con una temperatura de 100 °C?
a)	30139 J
b) 5,8 kcal
c) 7,2 kcal
d) a y c son correctas.
e) a y b son correctas.
6. ¿Cuánto calor se entrega cuando 290 g de vapor a 100 °C se condensan y se enfrían a 20 °C? (Lv = 539,4 kcal/kg)
a) 12400 cal
b) 10400 cal
c) 2976 J
d) 179,63 kcal
e) a y c son correctas.
7. Se agrega calor a 0,50 kg de hielo a - 10 °C. ¿Cuántas kcal se requierenpara convertir el hielo en vapor a 110 °C? (cevapor = 0,48 cal/g°C)
a) 390 kcal
b) 298,6 kcal
c) 363,4 kcal
d) 228 kcal
e) a y b son correctas.
VER VIDEO 10: Calor de Combustión
8. El aceite de una caldera tiene un calor de combustión de 44 MJ/kg. Suponiendo que el 70% del calor producido es aprovechado, ¿Cuántos kilogramos de aceite son requeridos para calentar 2000 kg de agua desde 20 °C hasta 99 °C?
a) 2150 kg
b) 21,5 kg
c) 41,5 kg
d) 215 kg
e) 31,5 kg
9. Cuando 5 g de cierto tipo de carbón son quemados, la temperatura de 100 mL de agua se incrementa de 10 °C a 47 °C. Determínese el calor producido por cada gramo de carbón. Desprecie la pequeña capacidad calorífica del carbón.
a)	37.000 cal/g
b) 3,7 kcal/g
c) 0,74 kcal/g
d) 7,4 cal/g
e) a y b son correctas.
10. Dentro de un calorímetro de cobre, se quemaron exactamente 3 g de carbón y se convierte en dióxido de carbono. La masa del calorímetro es de 1500 g y contiene 2000 g de agua. Si la temperatura inicial fue de 20 °C y la temperatura final es 31
°C, calcúlese el calor que proporciona cada gramo de carbón. (ceCu = 0,093 cal/g°C).
a)	7844,8 cal/g
b)	7,8 kcal/g
c)	3284,7 J/g
d) a y b son correctas.
e) Todas son correctas.
11. ¿Cuánto hielo a -20 °C ha de introducirse en 0,25 kg de agua, inicialmente a 20 °C,
para que la temperatura final con todo el hielo fundido sea 0 °C? Puede despreciarse la capacidad calorífica específica del recipiente.
a) 48,6 g
b) 66,6 g
c)	55,6 g
d) 155,5 g
e) 85,6 g
VER VIDEO 11: Equivalente en Agua y Equilibrio Térmico con Tres Estados
12. Un calorímetro de cobre con un equivalente en agua de 30 g, contiene 50 g de hielo. El sistema se encuentra inicialmente a 0 °C. Se introduce en el mismo 12 g de vapor a 100 °C y a 1 atm de presión. ¿Cuál es la temperatura final delsistema?
a) 50 °C
b) 100 °C
c) 25 °C
d) 0 °C
e) 40 °C
13. Se tiene un trozo de cobre de 0,150 kg a 100 °C y se lo coloca dentro de un calorímetro que contiene 0,200 kg de agua a 20 °C. La temperatura final de la mezcla es de 25 °C. Si el vaso de aluminio (ce = 0,22 cal/g°C)tiene una masa de 0,027 kg. ¿Cuál es el calor específico del cobre?
a) 0,0915 cal/g°C
b) 0,0109 cal/g°C
c) 0.93 cal/g°C
d) 0,0018 cal/g°C
e) 1,8 kcal/g°C
14. Una muestra de cobre cuya masa mc es de 75 g se calienta en una estufa de laboratorio a una temperatura T = 312 °C. El cobre se deja caer luego en un vaso de precipitados que contiene una masa ma de 220 g de agua. La capacidad calorífica Cv del vaso es de 190 J/K. La temperatura inicial Ti del agua y del vaso es de 12 °C. ¿Cuál es la temperatura final común Tf del cobre, el vaso y el agua? (ceCu = 387 J/kg K; ceH2O = 4190 J/kg K).
a) 13,8 °C
b) 19,6 °C
c) 292,63 K
d) 258,8 K
e) b y c correctas.
15. Una masa de 25 g de hielo a -15 °C se deja caer en un calorímetro de 30 g (calor especifico 840 J/kg°C) que contiene 90 g de agua a 35 °C. La temperatura final de equilibrio resulta ser de 9,6 °C ¿Cuál es el calor específico del hielo? (Lf = 79,7 cal/g).
a) 0,649 cal/g°C
b) 0,86 cal/g°C
c) 0,55 cal/g°C
d) 0,489 cal/g°C
e) 0,776 cal/g°C
16. Una masa de 25 g de hielo a -15 °C se deja caer en un calorímetro de 30 g(calor específico 840 J/kg°C) que contiene 90 g de agua 35°C. la temperatura final del equilibrio resultó ser de 6,5 °C. ¿Cuál es el calor específico del hielo?
a) 0,12 cal/g°C
b) 0,5 cal/g°C
c) 0,4 cal/g°C
d) 0,42 cal/g°C
e) 1,53 cal/g°C
17. Un calorímetro de 50 g y calor especifico igual al agua, contiene 650 g de agua a una temperatura de 20 °C. Calcular cual será el estado final de la mezcla si se coloca en su interior 300 g de hielo a 0 °C. (Si se ha fundido todo el hielo o cuanta masa queda sin fundir) (Lf = 80 cal/g; ce 1 cal/g°C)
a) Se funden 100 g de hielo.
b) El hielo no se funde.
c) Se funden 175 g de hielo.
d) Se funde todo el hielo.
e) Quedan sin fundir 175 g de hielo.