Fisica II soluciones practico 2

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Trabajo Práctico Nº2 
 
2. CALOR ESPECIFICO-CAMBIO DE ESTADO- CALOR LATENTE 
 
 
2.1. Un estudiante mezcla 1 litro de agua a 40ºC con 1 litro de alcohol etílico a 20ºC. 
Suponiendo que no hay pérdidas de calor ni al recipiente ni al medio ambiente, 
indicar cuál es la temperatura final de la mezcla. 
 R: 33,6ºC 
 
Se define como calor específico, a la cantidad de energía Q necesaria para elevar en una 
unidad de masa m, una unidad de temperatura T 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El calor específico es propio de cada elemento 
 
En un sistema aislado en que se encuentren 2 materiales a distinta temperatura, el de mayor 
temperatura cederá energía al de menor temperatura mediante un mecanismo denominado 
calor Q, conservándose el total de la energía 
 
 
 
 
 
En este caso: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Operando 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2. Una taza de café de m=0,25Kg a la temperatura ambiente se llena con 250cm3 
de café hirviendo. La taza y el café llegan a un equilibrio térmico a 80ºC. Si no se 
ha perdido calor. Cuál es el calor específico de la taza?. 
 R: 0,33cal/gºC 
 
 
 
 
2.3. Un termómetro de m=55g y c=0,2 cal/gºC marca 15ºC . Se introduce en 300g de agua y 
alcanza la misma temperatura final del agua. Si el termómetro marca 44,4ºC y es exacto, 
calcular la temperatura inicial del agua antes de introducir el termómetro. Despreciar las 
pérdidas de calor. 
 R: 45,4ºC 
 
 
 
2.4. Al perforar un agujero en un bloque de latón de 4,45N se proporciona potencia a razón de 
298W durante 2 minutos. Calcular: a) Qué cantidad de calor se genera; b) la elevación de 
temperatura del latón si el 75% del calor generado calienta el bloque. 
 R: a) 35760J; b) 151,5ºC 
 
a) 
 
 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.5. Una bala de plomo que lleva una V=350m/s, llega al blanco y queda en reposo. Calcular 
la elevación de la temperatura de la bala si no hubiera pérdidas por el calor que pasa al 
medio. 
 R: 472ºC 
 
 
2.6. Una pieza de fundición cuyo peso es de 490N se saca de un horno que está a una 
temperatura de 500ºC y es introducida en un tanque que contiene una masa de 400kg de 
aceite, cuyo c=0,5kcal/kgºC, que está a 25ºC. Si la temperatura final de la experiencia es de 
38ºC, calcular el calor específico del a fundición. Despreciar la capacidad calorífica del tanque 
y las pérdidas calorimétricas. 
 R: 0,112kcal/kg°C 
 
 
2.7. Un recipiente de aluminio de m=500g contiene 117,5g de agua a t=20ºC. Se deja caer 
dentro del mismo un bloque de acero de m=200g que está a t=75ºC. Calcular la temperatura 
final considerando que no hay pérdidas de calor hacia el medio ambiente. 
 R: 25ºC 
 
 
2.8. Para la determinación del calor específico de un nuevo material se dispone de un 
calorímetro. Si en él se colocan 300g de agua a 20ºC y luego 450g de Bronce a 265ºC se 
llega a una tfinal= 40ºC. En la nueva experiencia se colocan 500g de agua a 20ºC , luego se 
agrega una de m= 180g del material investigado, que está a 200ºC y se mide que tf = 25ºC. 
Con estos datos calcular: a) ; b) Calor específico del material ; c) Q cedido por el bloque 
metálico. 
 R: a) 155,6g; b) 0,104cal/g º; c) 3278cal 
 
Al valor  del calorímetro se lo denomina equivalente en masa de agua. Es el 
valor que una masa de agua líquida, se comportaría de igual forma que el 
calorímetro. 
Cada calorímetro tiene un  único que depende de sus características de 
materiales que los componen. Estos materiales son el vaso, el termómetro y el 
agitador. 
Se determina el  del calorímetro una sola vez y se lo anota para considerarlo 
en todas las experiencias. En consecuencia un calorímetro deberá estar 
siempre con el mismo agitador y el mismo termómetro 
Este  se deberá agregar en las experiencias como una masa más de agua a 
considerar. 
Las ecuaciones resultantes son 
 
a) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.9. Para medir el calor específico de un líquido se utiliza un calorímetro de flujo. Si se agrega 
calor en forma uniforme y en proporción conocida a un caudal determinado de líquido que 
pasa por el calorímetro y se mide la diferencia de temperatura entre los puntos de entrada y 
salida de la corriente del líquido se puede calcular el calor específico: Un líquido de 
=0,85g/cm3 fluye por un calorímetro a razón de 8cm3/s. Si se agrega calor mediante un 
calefactor eléctrico que funciona con 25 W y se mide una diferencia de temperatura entre la 
entrada y salida del líquido de 15ºC, calcular el calor específico del mismo. 
 R: 0,0586cal/gºC 
 
 
2.10. Un calorímetro está compuesto por un recipiente de vidrio de m=400g, un agitador de 
aluminio de m=200g y un termómetro de vidrio de m=80g. Contiene 1kg de agua a 20ºC. a) 
Determinar el equivalente en agua del calorímetro (); b) Si se introducen 800g de latón a 
una t=100ºC y la temperatura del conjunto varía hasta alcanzar 25ºC, comprobar el calor 
específico del latón. 
 R: a) 138,9g; b) 0,094cal/gºC 
 
a) 
Para determinar el  del calorímetro se igualan la suma de los productos de las masas y 
calores específicos de los componentes, a una masa de agua 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Resuelve el alumno 
 
2.11. Un calorímetro cuyo equivalente en agua es despreciable, contiene 100g de agua a 0ºC. 
Se introduce en el mismo un bloque de cobre de m=1000g y otro de plomo de m=800g 
ambos a 100ºC. Despreciando las pérdidas de calor al medio ambiente, calcular la 
temperatura final. 
 R: 54ºC 
 
 
2.12. Un calorímetro cuyo  es despreciable contiene 500g de agua y 300g de hielo en 
equilibrio térmico. Se toma un bloque metálico de m= 1kg de un horno cuya t=240ºC y se 
deja caer rápidamente dentro del calorímetro, resultando que se produce exactamente la 
fusión de todo el hielo. Despreciando las pérdidas del calorímetro calcular ¿Cuál será la 
temperatura final del sistema si hubiera sido doble la masa del bloque? 
 R: 24ºC 
 
 
Cuando se produce 
un cambio de fase, la 
temperatura no varía. 
La energía aportada 
se utiliza para el 
cambio de fase, tanto 
en la fusión como en 
la vaporización. El 
calor latente (L) es un 
parámetro que 
determina la cantidad 
de energía necesaria 
para que una masa m 
de material cambie de estado. Es una propiedad del material 
 
 
 
 
 
 
 
 
Al realizarse exactamente la fusión del hielo, 
y al encontrarse este en equilibrio térmico 
con el agua, significa que ambos están a 
0°C y no se produce incremento de 
temperatura; por lo tanto la energía aportada 
solo se utilizapara fundir el hielo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.13. Un recipiente aislado de aluminio de 
m=500g contiene 2000g de agua y 200g de 
hielo en equilibrio térmico. Se introduce en el 
agua el extremo de un tubo conectado a una 
caldera en donde hierve agua a presión 
atmosférica. Calcular cuántos gramos de 
vapor de agua se deben condensar para que 
la tf del sistema sea 20ºC. 
 R: 100,4g 
 
Claves de solución 
 El hielo, el recipiente y el agua se 
encuentran a 0°C 
 Primero se debe fundir el hielo, y queda 
AGUA = hielo + agua, y el recipiente a 
0°C 
 Una vez que se fundió el hielo, comienza 
a aumentar la temperatura del AGUA y 
el recipiente hasta 20 °C 
 Los pasos anteriores equivalen al calor 
recibido 
 Considerando el vapor, debe primero 
transformarse en agua a 100 °C y luego 
bajar de agua a 100 °C a agua a 20 °C, 
esto corresponderá al calor cedido 
 RESOLVER 
 
 
2.14. Un calorímetro de cobre de m=200g 
posee un termómetro de vidrio de m=100g y 
un agitador de aluminio de m=150g. 
Contiene 300g de agua y 8g de hielo en 
equilibrio térmico. Se introduce un bloque 
metálico de m=400g que está a t=220ºC. Se 
mide la cantidad de calor que cede el bloque 
hasta llegar a la nueva temperatura de 
equilibrio, que es igual a la que cedería una 
m=15g de vapor de agua a 100ºC al 
condensarse y pasar a ser agua a 100ºC. 
Calcular: a) el equivalente en agua del 
calorímetro; b) calor específico del bloque 
metálico. 
 R: a) 71,05g; b) 0,101cal/gºC. 
 
 
2.15. Un calorímetro de cobre de m=300g 
contiene 500g de agua y 20g de hielo en 
equilibrio térmico. Se introduce un bloque de 
aluminio de m=200g el cual al enfriarse 
hasta la temperatura final pierde 7000cal 
calcular ti y tf del aluminio. 
 R: 171,1ºC; 9,85ºC 
 
 
2.16. Se desea elevar la temperatura de 200 
litros de agua desde 10ºC a 70ºC, 
suponiendo un conjunto de pérdidas del 
25%. Calcular a) Qué cantidad de calor total 
se requiere; b) Si se calienta con gas de 
hulla cuyo calor de combustión es de 
5600kcal/m3, ¿Cuántos m3 han de 
quemarse? 
 R: a) 16000kcal ;b) 2,857m3 
 
Debido a las pérdidas del 25%, sólo se 
aprovechará el 75% del calor total cedido, 
en consecuencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.17. ¿Cuántas calorías se necesitan para 
fundir 20g de hielo que se encuentra a –
10ºC, convirtiéndolo además en vapor de 
agua a 100ºC. 
 R: 14490cal 
 
 
2.18. Un vaso cuya capacidad calorífica es 
despreciable contiene 500g de agua a 
t=80ºC. Calcular cuantos g de hielo a la 
temperatura de –25ºC se deben dejar caer 
en el agua para que la temperatura final del 
sistema sea de 50ºC. 
 R: 104,3g 
 
 
2.19. En un recipiente aislado se agregan 
250g de hielo a 0ºC, a 600g de agua a 18ºC 
¿a) Cuál es la temperatura final de la 
mezcla. b) ¿Cuánto hielo se funde? 
Suponga que no se pierde calor. 
 R: a) 0ºC; b) 136g. 
 
 
2.20. Un cubo de hielo de 20g a 0ºC se 
calienta hasta que 15g se han convertido en 
agua a 100ºC y 5g se han convertido en 
vapor a 100ºC. ¿Cuánto calor se necesita 
para este proceso) 
R: 26,3kJ 
 
 
 
 
2.21. Determine el estado final cuando se 
mezclan 20g de hielo a 0ºC con 10g de 
vapor a 100ºC. 
R: 100ºC, 26,65g agua en estado líquido a 
100ºC y 3,35g de vapor a 100ºC. 
 
- Calor necesario para convertir hielo en 
agua a 0°C 
 
 
 
 
 
 
- Calor necesario para llevar 20 
gramos de agua de 0°C a 100 °C 
 
 
 
 
 
 
 
- Calor necesario para llevar 20 g de 
hielo a 20 g de agua a 100 °C 
 
 
- Verifico ahora si convirtiendo todo el 
vapor en agua a 100 °C alcanza para 
llevar el hielo a 100 °C 
 
 
 
 
 
 
 
- Cuando el hielo alcance la 
temperatura de 100 °C, se termina el 
intercambio de calor, por lo tanto el 
vapor sólo entregará 15032 J para 
convertirse en agua a 100 °C 
 
 
 
 
 
 
- Esta masa se suma a la masa de 
hielo para tener la masa de agua total 
 
 
 
2.22. ¿Cuántas calorías deben proveerse a 
60g de hielo a -20ºC, para fundirlo y elevar 
su temperatura a 40ºC? 
R: 7760cal 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.23. Un trozo de 200g de hielo a 0ºC se 
introduce en 500g de agua a 20ºC. El recinto 
tiene capacidad calorífica despreciable y 
está aislada del exterior. a) ¿Cuál es la 
temperatura final del sistema? b) ¿Qué 
cantidad de hielo se funde? 
R: a) 0ºC; b) 125g 
 
 
2.24. Una vasija bien aislada contiene 150g de 
hielo a 0ºC. Si se introducen en su interior 
20g de vapor a 100ºC. ¿Cuál es la 
temperatura final de equilibrio? ¿Queda algo 
de hielo? 
R: 4,9ºC ; No. 
 
 
2.25. Calcular la temperatura final de equilibrio 
cuando 10g de leche a 10ºC se agregan a 
160g de café a 90ºC. Suponer que las 
capacidades caloríficas de los 2 líquidos son 
iguales a la del agua y despreciar la 
capacidad calorífica del recipiente. 
 R: 85ºC 
 
 
2.26. Un operario necesita conocer la 
temperatura de un horno. Saca una barra de 
m= 2kg de hierro del horno y la coloca en un 
recipiente de Al de m= 1kg que contiene 2kg 
de agua .Si la temperatura del agua sube 
de21ºC a 50ºC calcular la temperatura del 
horno. (despreciar otros intercambios de 
calor). 
 R: 334,48ºC 
 
 
2.27. Cuánto calor se requiere para evaporar 
totalmente 1kg de hielo que está a -10ºC? 
 R: 724,5kcal 
 
 
2.28. Un recipiente de Al de m= 250g para 
hacer cubos de hielo tiene 500 cm3 de agua a 
20 ºC. Se introduce en el congelador de un 
refrigerador a -5ºC. Calcular cuánto calor se 
ha quitado al agua y al recipiente, si se hace 
hielo a la temperatura del congelador. 
 R: 52,7kcal 
 
 
2.29. En un calorímetro, compuesto por un 
recipiente de Al de m= 220g, un agitador de 
bronce de m= 150g y un termómetro de 
vidrio de m= 100g, se colocan 600g de 
agua y 5g de vapor de agua en equilibrio 
térmico. Calcular: a) ; b) Qué masa de 
hielo, a –20ºC, se deberá agregar para llegar 
a una tfinal= 60ºC; c) Qué cantidad de calor 
absorbe esa masa, inicialmente de hielo, 
hasta llegar a la tf. 
 R: a) 81,59g; b) 199,72g; c) 30,15kcal 
 
 
2.30. Se dispone de un calorímetro compuesto 
por un recipiente de Cu de m= 200g, un 
termómetro de vidrio de m= 250g y un 
agitador de Al de m= 200g. Contiene 30g de 
hielo y 500g de agua en equilibrio térmico. 
Se agrega luego una masa de vapor de 
agua, a 100ºC, y se mide que la masa total 
de agua al final de la experiencia es 545g. 
Calcular: a) ; b) tf de la experiencia; c) 
Calor cedido por la masa de vapor hasta 
llegar a la tfinal . 
 R: a) 111,75g; b) 10,94ºC; c) 9420,9cal 
 
 
2.31. Si en el problema 28 la obtención de hielo 
se desea lograrla en 15minutos, qué potencia 
debería tener el refrigerador (considerando un 
rendimiento de 50%). 
 R: 490W, 0,66HP 
 
 
2.32. En un sistema doméstico de calefacción 
por agua caliente, ésta llega a los radiadores 
a 60ºC y sale a 38ºC. Se desea cambiar el 
sistema por otro de vapor de agua el cual se 
condensa en los radiadores y sale a 82ºC. 
Calcular cuántos kg de vapor de agua 
suministrarán igual calor que 1kg de agua. 
 R: 0,0394kg. 
 
 
2.33.En un experimento de Joule una m= 6kg 
cae desde una altura de 50m y hace girar una 
rueda de aspas que agita una masa de agua 
de m=0,6kg. El agua está inicialmente a 15ºC. 
¿Cuánto se elevará la temperatura? 
 R: 1,17ºC 
 
 
2.34. Un automóvil que pesa 5880N está 
lanzado a una velocidad de 180km/h .Calcular 
a) Cuántas Kcal se producen en los frenos 
cuando se detiene.; 
2.35. b) ¿Qué cantidad de agua podría 
calentarse de 20ºC a 80ºC. 
 R: a) 179kcal; b) 2,98kg.