Guia de Fisica

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Guia de Fisica

Mensaje  Blancaa el Lun Nov 09 2009, 18:57

Calorimetría

1- Sean 400 g de hierro a la temperatura de 8 °C. Determine su temperatura después de haber cedido 1.000 cal. Sabiendo que: c hierro = 0,11 cal /g °C.

2- Para calentar 600 g de una sustancia de 10 °C a 50 °C fueron necesarias 2.000 cal. Determine el calor específico y la capacidad térmica de la sustancia.

3- ¿Cuál es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 300 g de cobre de 20 °C a 60 °C?. Siendo: c cobre = 0,093 cal /g °C.

4- Sea 200 g de hierro a la temperatura de 12 °C. Determine su temperatura después de haber cedido 500 cal. Siendo: c hierro = 0,11 cal /g °C.

5- Transforme 20 J en calorías.

6- Transforme 40 cal en Joules.

7- Suministrando una energía de 10 J a un bloque de una aleación de aluminio de 5 g; su temperatura varía de 20 °C a 22 °C. Determine el calor específico de este material.

8- Un recipiente térmicamente aislado contiene 200 g de agua, inicialmente a 5 °C. Por medio de un agitador, son suministradas 1,26*104 J a esa masa de agua. El calor específico del agua es 1 cal /g °C; el equivalente mecánico de la caloría es de 4,2 J/cal. Considere despreciable la capacidad térmica

9- Se colocan 200 g de hierro a 120 °C en un recipiente conteniendo 500 g de agua a 20 °C. Siendo el calor específico del hierro igual a 0,114 cal /g °C y considerando despreciable el calor absorbido por el recipiente. Determine la temperatura de equilibrio térmico.

10- Se colocan 400 g de cobre a 80 °C en un recipiente conteniendo 600 g de agua a 22 °C. Determine la temperatura de equilibrio térmico sabiendo que el calor específico del cobre es de 0,092 cal /g °C.

11- Un calorímetro de cobre de 80 g contiene 62 g de un líquido a 20 °C. En el calorímetro es colocado un bloque de aluminio de masa 180 g a 40 °C. Sabiendo que la temperatura de equilibrio térmico es de 28 °C, determine el calor específico del líquido. Considere: c Cu = 0,092 cal /g °C y c Al = 0,217 cal /g °C.

12- Un calorímetro de cobre de 60 g contiene 25 g de agua a 20 °C. En el calorímetro es colocado un pedazo de aluminio de masa 120 g a 60 °C. Siendo los calores específicos del cobre y del aluminio, respectivamente iguales a 0,092 cal /g °C y 0,217 cal /g °C; determine la temperatura de equilibrio térmico.


13- Un calorímetro de equivalente en agua igual a 9 g contiene 80 g de agua a 20 °C. Un cuerpo de masa 50 g a 100 °C es colocado en el interior del calorímetro. La temperatura de equilibrio térmico es de 30 °C. Determine el calor específico del cuerpo.

14- Se derrama en el interior de un calorímetro 150 g de agua a 35 °C. Sabiendo que el calorímetro contenía inicialmente 80 g de agua a 20 °C y que la temperatura de equilibrio térmico es de 26 °C. Determine el equivalente en agua del calorímetro.

15- Un calorímetro de hierro de masa igual a 300 g contiene 350 g de agua a 20 °C, en la cual se sumerge un bloque de plomo de masa 500 g y calentado a 98 °C. La temperatura de equilibrio térmico es de 23 °C. Siendo el calor específico del hierro igual a 0,116 cal /g °C. Determine el calor específico del plomo.

16- Un calorímetro de cobre con masa igual a 50 g contiene 250 g de agua a 100 °C. Un cuerpo de aluminio a la temperatura de 10 °C se coloca en el interior del calorímetro. El calor específico del cobre es c Cu = 0,094 cal /g °C y el de aluminio es c Al = 0,22 cal /g °C. Sabiendo que la temperatura de equilibrio es 50 °C. ¿Cuál es la masa del cuerpo de aluminio (aproximadamente)?.

17- Sea un calorímetro de agua de capacidad térmica 50 cal /g °C. Tomamos un pedazo de hierro con masa de 70 g; lo calentamos en un reservorio lleno de vapor de agua en ebullición, lo introducimos seguidamente en el calorímetro que contiene 412 g de agua a la temperatura de 12,4 °C. Sabiendo que la temperatura final del sistema fue de 13,9 °C. Determine el calor específico del hierro.

18- Un bloque de platino de masa 60 g es retirado de un horno e inmediatamente colocado en un calorímetro de cobre de masa igual a 100 g y que contiene 340 g de agua. Calcular la temperatura del horno, sabiendo que la temperatura inicial del agua era de 10 °C y que subió a 13 °C, ¿cuando se alcanzó el equilibrio térmico?. El calor específico del platino es de 0,035 cal /g °C y el calor específico del cobre es de 0,1 cal /g °C.

DILATACION
Todo cuerpo, por efectos del calor que recibe sufre algunos efectos, uno de ellos es la dilatación, que se produce en todas las dimensiones que posee.
Según su naturaleza cada cuerpo posee lo que se llama coeficiente de dilatación térmica, cuyo símbolo es  y su unidad de medida es 1/°C o °C-1, algunos valores son:
Aluminio 0,000024 Cobre 0,000018
Acero 0,000011 Vidrio 0,000001 a 0,000013
Hormigón 0,000007 a 0,000014 Mercurio 0,000006
A) DILATACION LINEAL
Para determinar la dilatación lineal de un cuerpo se tiene la relación lf = li(1 +   t), donde  t = tf - ti
1.- Una viga de hormigón, del tipo que le afecta menos el calor, tiene una longitud de 12 m a -5°C en un día de invierno. ¿Cuánto medirá en un día de verano a 35°C?
2.- Se calibra una regla de acero con una regla patrón a 22°C, de modo que la distancia entre las divisiones numeradas es de 10 mm. a) ¿Cuál es la distancia entre estas divisiones cuando la regla está a -5°C?, b) si se mide una longitud conocida de 1 m con la regla a esta baja temperatura, ¿qué porcentaje de error se comete?, c) ¿qué error se comete al medir una longitud de 100 m con la misma regla?
3.- Un instalador eléctrico, no conocer de los efectos del calor sobre los objetos, tiende en forma tirante un alambre de cobre de 100 m de largo, en un día en que la temperatura es de 30°C. Obviamente, al bajar la temperatura a 0°C, se cortará. ¿Cuántos milímetros debería haber sido más largo el alambre, para que no se cortara?.
4.- En un tendido eléctrico de 100 kilómetros, se tienden dos cables paralelos, uno de aluminio y otro de cobre, la temperatura con que se colocan es de -5°C. a) sin hacer cálculos, ¿cuál será más largo a 20°C?, b) ¿Cuántos centímetros más largo será?
5.- Para tender una línea férrea, se usan rieles de longitud 60 metros a 0°C, se sabe que la oscilación térmica en el lugar es entre los 0°C y los 35°C. ¿Qué distancia deberá dejarse entre riel y riel para que no se rompan?
B) DILATACION SUPERFICIAL
Si se tiene una superficie de tamaño Ao a una temperatura ti, al entregársele (o quitársele) un calor Q, de tal forma que su nueva temperatura sea tf, su nuevo tamaño estará expresado por Af , donde  t = tf - ti es la variación de temperatura que experimenta;  A es su variación de superficie;  a y  b las variaciones respectivas en sus dimensiones, (estas variaciones son respecto a la figura con que se trabaja, pues si fuera un círculo, la variación sería en el radio).
La relación entre las superficies Ao y Af es Af = Ao(1 +   t)
Donde el coeficiente de dilatación superficial es  = 2 , siendo  el coeficiente lineal de la sustancia de la que es el objeto superficial.
1.- Una plancha de acero tiene dimensiones 4x6 m a 10ºC. Si se calienta a 68ºC. ¿Cuál será su incremento de superficie?
2.- Se tiene un círculo de cobre de radio 1m con un orificio, en su centro, de radio 20 cm. ¿Cuál será la superficie del anillo que se forma si: a) se calienta desde 0ºC a 50ºC?, b) si se enfría desde 50ºC a 0ºC?. Considere datos iniciales para temperaturas iniciales.
3.- Un marco de ventana es de aluminio, de dimensiones 60x100 cm. En un día a 20ºC se instala un vidrio de los que más le afecta el calor. ¿Cuántos milímetros menos que las medidas del marco, por lado, deberá tener el vidrio? Si la oscilación térmica diaria puede ir de –2ºC a 40ºC.
4.- Una plancha de aluminio tiene forma circular de radio 100 cm a 50ºC. A qué temperatura su superficie disminuirá en un 1%?

C) DILATACION VOLUMETRICA:
Si se tiene una volumen de tamaño Vo a una temperatura ti, al entregársele (o quitársele) un calor Q, de tal forma que su nueva temperatura sea tf, su nuevo tamaño estará expresado por Vf , donde  t = tf - ti es la variación de temperatura que experimenta;  V es su variación de volumen;  a,  b y  c las variaciones respectivas en sus dimensiones, (estas variaciones son respecto a la figura con que se trabaja; pues si fuera una esfera, la variación sería en el radio o, si fuera un cilindro las variaciones serían en el radio y en la altura, ¡depende de la situación!).
La relación entre lo volúmenes es Vo y Vf es Vf = Vo(1 +   t)
Donde el coeficiente de dilatación volumétrico es  = 3 , siendo  el coeficiente lineal de la sustancia de la que es el objeto volumétrico.
EJERCICIOS (se toma en cuenta que la dilatación volumétrica reviste mayor importancia; se da a nivel de sólidos como de líquidos)
1.- Un bulbo de vidrio está lleno con 50 cm3 de mercurio a 18 °C. Calcular el volumen (medido a 38 °C) que sale del bulbo si se eleva su temperatura hasta 38 °C. El coeficiente de dilatación lineal del vidrio es 9x10-6 °C-1 y el correspondiente cúbico del mercurio es 18x10-6 °C-1. Nota: se dilatan simultáneamente el bulbo (especie de vaso o recipiente) y el mercurio. R 0,15 cm3
2.- La densidad del mercurio a 0 °C es 13,6 gr/cm3. Hallar la densidad del mercurio a 50 °C. R 13,48 gr/cm3
3.- Hallar el aumento de volumen que experimentan 100 cm3 de mercurio cuando su temperatura se eleva de 10 a 35 °C. R 0,45 cm3
4.- Un vidrio tiene coeficiente de dilatación de 9x10-6 °C-1. ¿Qué capacidad tendrá un frasco de ese vidrio a 25 °C, si su medida a 15 °C es de 50 cm3. R 50,014 cm3
5.- Hallar la variación de volumen experimentada por un bloque de hierro de 5 x 10 x 6 cm, al calentarlo desde 15 a 47 °C. El coeficiente lineal del hierro usado es de 10-5 °C-1 . R 0,29 cm3
6.- Una vasija de vidrio está llena con un litro de trementina a 50 °F. Hallar el volumen de líquido que se derrama si se calienta a 86 °F. El coeficiente de dilatación lineal del vidrio es de 9x10-6 °C-1 y el coeficiente de dilatación volumétrico de trementina es de 97x10-5 °C-1. 19 cm3
7.- La densidad del oro, a 20 °C, es 19,3 gr/cm3 y su coeficiente de dilatación lineal es 14,3x10-6 °C-1. Hallar la densidad del oro a 90 °C. 19,24 gr /cm3


CALORIMETRIA
La energía es la capacidad para hacer trabajo. El calor es la energía que se transfiere entre la materia como un resultado de las diferencias en la temperatura. La habilidad de la materia para transferir la energía de calor depende de su masa y de su temperatura.
Ahora bien, el calor y la temperatura están relacionados. Cuando la energía total de una sustancia aumenta, sus partículas se mueven más rápidamente.
La capacidad de calor específico (C) es la habilidad de un material para absorber el calor. Se mide en Joules por gramos grados Celsius (Joule/gr °C). Por ejemplo, el agua tiene una capacidad de calor específico de 4,17 J/gr°C. Este valor muestra que se absorben 4,18 Joules de energía de calor cuando se aumenta la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado.
Los diferentes materiales tienen diferentes capacidades de calor específico. Algunos valores son:
Agua 4,18 J/gr°C
Hierro 0,45 J/gr°C
Plomo 0,91 J/gr°C
Aluminio 0,92 J/gr°C
Cobre 0,38 J/gr°C
Helio 5,2 J/gr°C
Carbón 0,71 J/gr°C
Mercurio 0,14 J/gr°C
Oxigeno 0,92 J/gr°C
Hielo 2,1 J/gr°C
Alcohol et. 2,5 J/gr°C
Se pueden medir los cambios en la energía de calor de un material. Para buscar los cambios en la energía calórica, se mide la masa y la temperatura del material. Se miden otras temperaturas cuando el material se calienta o se enfría. Usando el calor específico del material, podemos buscar la cantidad de energía de calor absorbida o liberada. El cambio en la energía calórica es igual al cambio de temperatura multiplicado por la masa y por el calor específico del material
Calor absorbido (o liberado) = cambio en la temperatura por masa por calor específico
Q =  t m C
Recuerde que  t = tf - ti
Ejemplo: Se calientan diez gramos de agua, de 5°C a 20°C. ¿Cuánta energía calórica absorbe el agua?
Q = (20°C - 5°C) x 10gr x 4,18 J/gr°C = 627 Joules
ALGUNAS EQUIVALENCIAS:
l Kcal = 1000 cal
l cal = 4,18 Joule
l Btu = 252 cal
1.- ¿Cuántas calorías ceden 50kg de cobre al enfriarse desde 36oC hasta -4 °C?
2.- Un bloque de acero (c = 0,12) de 1,5 toneladas se calienta hasta absorber l,8xl06cal. ¿A qué temperatura queda si estaba a 10oC?
3.- ¿Cuál es la capacidad calórica de una caja de latón si tiene una masa de 250gr?
4.- ¿Cuántas calorías absorbe una barra de fierro cuando se calienta desde -4oC hasta 180oC, siendo su masa de 25kg?
5.- ¿Qué masa tiene una plancha de cobre si cede 910cal al enfriarse desde 192oC hasta -8oC?
6.- ¿Cuántas calorías absorbe 1/4 litro de mercurio (densidad = 13,6; masa = densidad por volumen) cuando se calienta desde -20oC hasta 30oC?
7.- Para calentar 3/4 litros de mercurio que están a 5oC se absorben 6,6Kcal. ¿A qué temperatura queda?
8.- Se tienen 2,5 toneladas de fierro que ceden 2,2xl06cal al enfriarse desde 1000oC. ¿A qué temperatura queda?
9.- Se mezclan 400gr de agua a 80oC con 500gr de alcohol a 10oC. ¿A qué temperatura queda la mezcla?
10.- Se mezclan 200gr de agua hirviendo con 50gr de leche, si la leche "aguada" queda a una temperatura de 80oC. ¿A qué temperatura estaba la leche?
CALORIMETRO: Aparato que sirve para determinar cantidades de calor. Un envase de dos cámaras serviría como tal, por ejemplo: un termo.
Generalmente en un calorímetro se mezclan dos sustancias con calores Q1 y Q2 respectivamente, la sustancia de mayor calor entregará la parte necesaria para que se logre el equilibrio térmico, si se considera que el calorímetro también absorberá algo del calor que se transfiere en el proceso, se presenta un fenómeno que lo explica el Principio de Regnault.
En un calorímetro el Principio de Regnault se aplicaría como se indica:
Sea Q1 el calor cedido por un objeto, Q2 el calor absorbido por otro objeto y Q3 el calor absorbido por el calorímetro, se cumple que Q1 = Q2 + Q3.
11.- Un calorímetro de cobre de 154gr contiene 210gr de agua a 12oC; se calientan 54 gr de municiones a 98oC y se echan en el calorímetro adquiriendo la mezcla una temperatura de 12,6oC. ¿Cuál es el calor específico de las municiones?
12.- En un calorímetro de 300gr y c = 0,09 se tienen 200gr de alcohol a 10oC. Se echan 100gr de mercurio a 80oC. Si la mezcla quedó a 11,4oC ¿cuál es el calor específico del alcohol?

Termodinámica 1 – Problemas

1- El calor de combustión de la leña es 4 x 103 cal /g. ¿Cuál es la cantidad de leña que debemos quemar para obtener 12 x 107 cal?
2- El calor de combustión de la nafta es 11 x 103 cal /g. ¿Cuál es la masa de nafta que debemos quemar para obtener 40 x 107 cal?
3- Para calentar 800 g de una sustancia de 0 °C a 60° °C fueron necesarias 4000 cal. Determine el calor específico y la capacidad térmica de la sustancia.
4- Considere un bloque de cobre de masa igual a 500 g a la temperatura de 20 °C. Determine: a) la cantidad de calor que se debe ceder al bloque para que su temperatura aumente de 20 °C a 60 °C y b) ¿cuál será su temperatura cuando sean cedidas al bloque 10000 cal?
5- Un bloque de 300 g de Fe se encuentra a 100 °C. ¿Cuál será su temperatura cuando se retiren de él 2000 cal?
6- Sean 400 g de Fe a 8 °C. Determine su temperatura después de haber cedido 1000 cal.
7- Para calentar 600 g de una sustancia de 10 °C a 50 °C fueron necesarias 2000 cal. Determine el calor específico y la capacidad térmica de la sustancia.
8- ¿Cuál es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 300 g de Cu de 20 °C a 60 °C?
9- Sea 200 g de hierro a 12 °C. Determine su temperatura después de haber cedido 500 cal.
10- Suministrando una energía de 10 J a un bloque de una aleación de Al de 5 g; su temperatura varía de 20 °C a 22 °C. Determine el calor específico de este material.
11- Un recipiente térmicamente aislado contiene 200 g de agua, inicialmente a 5 °C. Por medio de un agitador, son suministrados 1,26 x 104 J a esa masa de agua. El equivalente mecánico de la caloría es de 4,2 J/cal. Considere despreciable la capacidad térmica.
12- Se colocan 200 g de Fe a 120 °C en un recipiente conteniendo 500 g de agua a 20 °C. Considerando despreciable el calor absorbido por el recipiente. Determine la temperatura de equilibrio térmico.
13- Un calorímetro de Cu de 80 g contiene 62 g de un líquido a 20 °C. En el calorímetro es colocado un bloque de Al de masa 180 g a 40 °C. Sabiendo que la temperatura de equilibrio térmico es de 28 °C, determine el calor específico del líquido.
14- Un calorímetro de Cu de 60 g contiene 25 g de agua a 20 °C. En el calorímetro es colocado un pedazo de Al de masa 120 g a 60 °C. Determine la temperatura de equilibrio térmico.
15- Un calorímetro de equivalente en agua igual a 9 g contiene 80 g de agua a 20 °C. Un cuerpo de masa 50 g a 100 °C es colocado en el interior del calorímetro. La temperatura de equilibrio térmico es de 30 °C. Determine el calor específico del cuerpo.
16- Un calorímetro de Cu con masa igual a 50 g contiene 250 g de agua a 100 °C. Un cuerpo de Al a 10 °C se coloca en el interior del calorímetro. Sabiendo que la temperatura de equilibrio es 50 °C. ¿Cuál es la masa del cuerpo de Al (aproximadamente)?.
17- Sea un calorímetro de agua de capacidad térmica 50 cal /g °C. Tomamos un pedazo de Fe con masa de 70 g; lo calentamos en un reservorio lleno de vapor de agua en ebullición, lo introducimos seguidamente en el calorímetro que contiene 412 g de agua a la temperatura de 12,4 °C. Sabiendo que la temperatura final del sistema fue de 13,9 °C. Determine el calor específico del hierro.
18- Un bloque de Pt de masa 60 g es retirado de un horno e inmediatamente colocado en un calorímetro de Cu de masa igual a 100 g y que contiene 340 g de agua. Calcular la temperatura del horno, sabiendo que la temperatura inicial del agua era de 10 °C y que subió a 13 °C, ¿cuando se alcanzó el equilibrio térmico?
19- Un joyero vendió un anillo que dijo contener 9 g de oro y 1 g de cobre. Se calienta el anillo a 500 °C (temperatura inferior a la temperatura de fusión del Au y del Cu). Se introduce el anillo caliente en un calorímetro con agua, cuya capacidad calorífica es 100 cal/g °C y cuya temperatura inicial es 20 °C; se constata que la temperatura en el equilibrio térmico es de 22 °C. Determine las masas del Au y del Cu en el anillo.

DATOS
sustancia agua Cu Al Au Fe Pt
calor específico c (cal /g °C) 1,000 0,092 0,217 0,031 0,114 0,035

Blancaa
Invitado


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Hola porfa me puedes ayudarrr??

Mensaje  Flori el Miér Mayo 26 2010, 16:46

Hola buenas tardes necesito entregar unos problemas.. y acabo de ver q estan en tu lista.. no se resolverloss:( son el 11 creo y el del joyero que venvio el anillo... porfa me ayudas?? mi correo es floriannyps100@hotmail.com porfaaaa te lo agradeceria muchiiisimooo flower

Flori
Invitado


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