Page 323 - Fisica General Burbano

334 EL CALOR Y SUS EFECTOS

Los gases y líquidos desprenden calor al disolverse; hay sólidos que se disuelven con despren-
dimiento de calor (sosa o potasa en agua) y otros que lo hacen con absorción de calor (sal común
en agua).
Se aprovecha el fenómeno de la absorción de calor para producir enfriamiento. A las mezclas
destinadas a este fin se les llama MEZCLAS FROGORÍFICAS. La temperatura mínima que se puede ob-
tener con la mezcla de hielo y sal es –22 ºC (TEMPERATURA EUTÉCTICA).
PROBLEMAS:41 al 48.

PROBLEMAS
A) CALORIMETRÍA. CAMBIOS DE ESTADO O DE FASE. por valor de 118 g. Cuando el hielo se ha fundido la temperatura del
HIGROMETRÍA agua ha descendido a 28 °C. Deducir de estos datos el calor de fusión
del hielo. Calor específico del agua: 4 180 J/g · K.
1. Calcular la temperatura final de una mezcla de 10 y 80 l de agua
12. Mezclamos 1 kg de agua a 95 °C con 1 kg de hielo a –5 °C.
cuyas temperaturas respectivas son 70 °C y 20 °C. ¿Dispondremos de suficiente calor para fundir todo el hielo? Si es así,
2. En un calorímetro cuyo equivalente en agua es despreciable
que contiene 440 g de agua a 9 °C se introduce un trozo de hierro de ¿a qué temperatura queda la mezcla? Calor específico del hielo:
0,5 cal/g · °C. Calor de fusión del hielo: 80 cal/g. Calor específico del
masa 50 g a la temperatura de 90 °C; la temperatura del equilibrio es agua: 1 cal/g °C.
10 °C. Calcular el calor específico del hierro. Calor específico del agua:
4 180 J/kg · K. 13. Mezclamos 1 kg de agua a 50 °C con 1 kg de hielo a –20 °C.
3. En un vaso calorimétrico de cobre, cuya masa es 40 g, se ponen ¿Disponemos de suficiente calor para fundir todo el hielo? En caso con-
380 g de alcohol; el conjunto está a una temperatura de 8 °C. Se intro- trario, ¿qué masa de hielo queda sin fundir? Calor específico del hielo:
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2 090 J/kg · K. Calor de fusión del hielo: 334,4 ´10 J/kg. Calor es-
duce en el alcohol un trozo de cobre de 122 g a la temperatura de pecífico del agua: 4 180 J/kg · K.
50 °C. La temperatura de equilibrio es 10 °C. Calcular el calor específico
del alcohol. Suponemos que no hay pérdida de calor. Calor específicio 14. En un recinto térmicamente aislado hay un litro de agua a
del cobre: 0,095 cal/g · °C. 12 °C. En ella se introducen 150 g de cobre a 200 °C. ¿Qué cantidad de
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4. En un depósito se tiene 1 m de agua a 5 °C; se dispone de agua hielo fundente habrá que añadir para que, una vez fundido, la tempera-
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a 65 °C que sale por un grifo a razón de 100 cm /s. Calcular el tiempo tura final sea de 0 °C? ¿Qué temperatura se alcanzará si se añaden
que debe etar abierto el grifo para que la temperatura de la mezcla sea 100 g de hielo fundente? ¿Qué sucederá si se añaden 200 g de hielo
de 35 °C, despreciando toda influencia del medio exterior. Calor especí- fundente? Calor específico del cobre: 397 J/kg · K. Calor de fusión del
fico del agua: 1 cal/g · K. hielo: 334,4 kJ/kg. Calor específico del agua: 4 180 J/kg · K.
5. En un calorímetro que contiene un termómetro y un agitador, in- 15. En un vaso Dewar que contiene 300 g de un líquido a 25 °C se
troducimos m =100 g de agua; agitamos durante un tiempo, y el introducen 150 g de hielo a –6 °C. 1) ¿Se fundirá todo el hielo supo-
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termómetro marca t =17,20 °C; entonces se introducen m =300 g niendo que el vaso está bien aislado? 2) Si no se funde totalmente,
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de agua a t =26,32 °C; agitamos nuevamente alcanzando la tempera- ¿qué masa de hielo subsistirá una vez alcanzado el equilibrio? 3) ¿A qué
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tura t =22,80 °C en el nuevo equilibrio. Si suponemos nulas las pérdi- temperatura debería estar inicialmente el líquido para que se fundiera
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das de calor, calcular el equivalente en agua del calorímetro, el termó- justamente el hielo y todo el sistema quedara a 0 °C? DATOS: Calor es-
metro y el agitador. pecífico del líquido: 0,950 cal/g · °C. Equivalente en agua del vaso De-
6. Cien gramos de una aleación de oro y cobre, a la temperatura war =30 g. Calor específico del hielo: 0,5 cal/g · °C. Calor específico
de 75,5 °C, se introducen en un calorímetro, cuyo equivalente en agua del agua: 1 cal/g · °C.
es despreciable, con 502 g de agua a 25 °C; la temperatura del equili- 16. En un calorímetro, cuyo equivalente en agua es despreciable,
brio térmico es de 25,5 °C. Calcular la composición de la aleación. Ca- hay 1 kg de hielo a –10 °C. ¿Cuántos gramos de agua a 80 °C hay que
lor específico del oro: 0,031 cal/g · °C. Calor específico del cobre: introducir en él para que la temperatura final sea de 10 °C? Si en lugar
0,095 cal/g · °C. Calor específico del agua: 1 cal/g · K. de agua de 80 °C se introduce vapor de agua a 100 °C, ¿cuántos gra- MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
7. Por una tubería calentada en su punto medio con una llama in- mos de éste habría que introducir para que la temperatura final sea de
variable fluye agua a razón de 50 l por min. La temperatura de entrada 40 °C?, ¿qué volumen ocupa el vapor de agua introducido si la presión
es de 20 °C y la de salida de 35 °C. Otro líquido, de densidad a que se mide es de 700 mm de mercurio? Masa molecular del agua:
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800 kg/m , circula a continuación por el mismo tubo calentado por la 18 g/mol. Calor específico del hielo: 2 090 J/kg · K. Calor de fusión del
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misma llama, pero con un caudal de 15 l por min. Las temperaturas en hielo: 334,4 ´10 J/kg. Calor específico del agua: 4 180 J/kg · K. Ca-
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los dos extremos se estacionan ahora en 18 °C y 68 °C. El calor específi- lor de licuefacción del vapor de agua: 2 257 ´10 J/kg.
co del agua es: 4 180 J/kg · K. Calcular con estos datos: 1) El calor es- 17. Se mezclan en un calorímetro (equivalente en agua =10 g)
pecífico del líquido. 2) El calor total absorbido por el líquido y el agua si 100 g de hielo a –10 °C con 200 g de agua a 80 °C. Determinar: 1) La
el tiempo de circulación de cada uno de ellos fue de 1 h, admitiendo temperatura final de la mezcla. 2) Cantidad de vapor de agua a 100 °C
que no existen pérdidas de calor. que habría que introducir para que la temperatura final fuese de 90 °C.
8. Calcular la variación de presión que experimentan 100 l de oxí- DATOS: Calor específico del hielo: 0,5 cal/g °C. Calor de fusión del hie-
=5 cal/mol · K) cuando se calientan a volumen constante co- lo: 80 cal/g. Calor de licuefacción del vapor de agua: 540 cal/g. Calor
geno (c v
municándoles 3 000 cal. Inicialmente el oxígeno se encuentra a 25 °C y específico del agua: 1 cal/g · °C.
70 mm de Hg de presión. 18. En un vaso de cobre, que pesa 1,5 kg, conteniendo un bloque
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9. Comunicamos 5 ´10 calorías a un recinto de 1 m de volu- de hielo de 10 kg a la temperatura de –10 °C, se inyectan 5 kg de va-
men, que se mantiene constante, y que contiene un gas ideal monoató- por de agua a 100 °C. Se pide la temperatura final de la mezcla. Discú-
mico (c =3 cal/mol · K) a 6 atm de presión y 30 °C de temperatura. De- tase el resultado obtenido e interprétese (calor específico del cobre:
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terminar la presión final de dicho gas. 398 J/kg · K). Se piede, además, determinar cuál sería la masa del va-
10. Determinar la cantidad de calor necesaria para triplicar a pre- por a emplear para que la temperatura final de la mezcla fuese 100 °C.
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sión constante un volumen de 1 m de un gas perfecto biatómico (Tomar los datos para el H 2 O del problema anterior.)
(c =7 cal/mol · K) que se encuentra a 20 °C y a la presión constante de 19. En un recipiente aislado térmicamente hay 10 kg de hielo en-
p
2 atm. friado a –10 °C. Se inyecta en el recinto 2 500 g de vapor de agua a
11. En un platillo de una balanza se coloca una tara invariable y en 100 °C. Se pide: 1) La temperatura y la composición de la mezcla una
el otro se van colocando sucesivamente los objetos y pesas necesarios vez alcanzado el equilibrio térmico. 2) La cantidad de energía que
para establecer el equilibrio. a) Un calorímetro cuyo equivalente en podría obtenerse de este sistema si se le enfriara a 0 °C. Tomar los datos
agua son 8 g y pesas por valor de 390 g. b) El mismo calorímetro con para el agua del problema 17.
cierta cantidad de agua a 32 °C y pesas por valor de 128 g. c) El mismo 20. Un recipiente de volumen 10 l contiene aire a la presión de
calorímetro con el agua que tenía y un bloque de hielo a 0 °C y pesas 740 mm de mercurio y temperatura de 27 °C. Humedad relativa del