F S10 Calorimetría - Cambio de Fase

177177SAN MARCOS REGULAR 2009 - SAN MARCOS REGULAR 2009 - IIIIII FÍSICAFÍSICA1010

TEMATEMA

CCALALORIORIMMEETRÍTRÍA -A -

CCAMBIAMBIO DE O DE FFASEASE

FÍSIFÍSICA CA – – TEMA TEMA 1010

CACALOLORIMRIM ETETRÍRÍAA

DEFINDEFIN IICICIÓÓN N El calor es la energía que se transmite de un cuerpo haciaEl calor es la energía que se transmite de un cuerpo hacia

otro debido a que poseen diferentes temperaturas.otro debido a que poseen diferentes temperaturas.

El calor es una forma de energía en tránsito (de frontera aEl calor es una forma de energía en tránsito (de frontera a

frontera) que intercambian los cuerpos debidofrontera) que intercambian los cuerpos debido

exclusivamente a la diferencia de temperaturas entre ellos.exclusivamente a la diferencia de temperaturas entre ellos.

El calor es una energía no almacenable, y sólo existe mientrasEl calor es una energía no almacenable, y sólo existe mientras

exista una diferencia de temperaturas.exista una diferencia de temperaturas.

I .I . CANTICANTIDAD DE DAD DE CACALOR LOR (Q) (Q) Es la medida de energía en forma de calor, que ingresaEs la medida de energía en forma de calor, que ingresa

o sale de un cuerpo el calor es un flujo energético queo sale de un cuerpo el calor es un flujo energético que

fluye espontáneamente desde el cuerpo de mayorfluye espontáneamente desde el cuerpo de mayor

temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura.

IIII .. ENERGENERGÍÍA INA IN TERNATERNA A Acctutu alalmeme ntnt e e se se cconon sisi dedera ra quque e ccuauandnd o o crcr ecec e e lala

temperatura de un cuerpo, la energía que posee en sutemperatura de un cuerpo, la energía que posee en su

interior, denominada "energía interna", tambieninterior, denominada "energía interna", tambien

aumenta. Si este cuerpo se pone en contacto con otroaumenta. Si este cuerpo se pone en contacto con otro

de más baja, temperatura, habrá una transferencia dede más baja, temperatura, habrá una transferencia de

energía del primero al segundo, energía que seenergía del primero al segundo, energía que se

denomina "calor" por lo tanto el concepto moderno dedenomina "calor" por lo tanto el concepto moderno de

"calor" es el siguiente: calor es la energía que se transmite"calor" es el siguiente: calor es la energía que se transmite

de un cuerpo a otro, en virtud unicamente de lade un cuerpo a otro, en virtud unicamente de la

diferencia de temperatura entre ellos.diferencia de temperatura entre ellos.

Es importante obEs importante observarservar, incluso, que la energía inter, incluso, que la energía internana

de un cuerpo puede aumentar sin que el cuerpo recibade un cuerpo puede aumentar sin que el cuerpo reciba

calor, sicalor, siempre que reciba otra forma de eempre que reciba otra forma de energía. Cuandonergía. Cuando

por ejemplo, agitamos una botella con agua, a pesarpor ejemplo, agitamos una botella con agua, a pesar

de que el agua no de que el agua no haya recibido calor, su temperaturahaya recibido calor, su temperatura

aumenta. El aumento de energía interna en este casoaumenta. El aumento de energía interna en este caso

se produjo debido a la se produjo debido a la energía mecánica transferida alenergía mecánica transferida al

agua cuando se efectúa el trabajo de agitar la botella.agua cuando se efectúa el trabajo de agitar la botella.

A: A: cuerpo cuerpo caliente.caliente.

B: cuerpo frioB: cuerpo frio

""Calor es la energía que se transmite de un cuerpo aCalor es la energía que se transmite de un cuerpo a

otro, en virtud únicamente de una diferenciaotro, en virtud únicamente de una diferencia

temperatura entre ellostemperatura entre ellos".".

IIIIII .UNI.UNIDADES DADES DE LA DE LA CANTCANTIDAIDAD DE D DE CALOR CALOR Caloría: Es la cantidad de calor que se debe entregarCaloría: Es la cantidad de calor que se debe entregar

o sustraer a una gramo de agua para que suo sustraer a una gramo de agua para que su

temperatura aumente o disminuya en 1°C.temperatura aumente o disminuya en 1°C.

En los sistemas actuales, la importancia del calor, de la temperatura y su propagación son evaluadas muy intensamente.En los sistemas actuales, la importancia del calor, de la temperatura y su propagación son evaluadas muy intensamente.

Por ejemplo la radiación que producen los cuerpos negros.Por ejemplo la radiación que producen los cuerpos negros.

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178FÍSICA SAN MARCOS REGULAR 2009 - III10

TEMA

IDEAS FUERZA

La capacidad calorífi ca (c) de un cuerpo es la

cantidad de calor que necesita toda su masa para que la temperatura varie en una unidad de grado.

Equi val enci a:

1 Kcal = 1000 calorías

1 cal = 4,2 Joules

IV.EQU IVALENTE M ECÁNICO DEL CALOR De los diversos experimentos realizados por James P.

Joule, uno de ellos se volvió muy conocido y destacó

entre los demás. En el experimento Joule dejaba caer

un cuerpo de peso conocido, atado a una cuerda, de

manera que durante su caída podía accionar un sistema

de paletas, el cual entraba en rotación y agitaba el agua

contenida en un recipiente aislado térmicamente. Joule,

observó que la fricción de las paletas con el agua,

producía un incremento de la temperatura en el agua.

Del principio de conservación de la energía (la energía

no se crea ni se destruye solo se transforma), llegó a la

siguiente conclusión:

"La energía mecánica, se transforma en energía interna".

EM Q

Si la energía mecánica (EM) se mide en "Joules" y la

cantidad de calor en calorías entonces la equivalencia es:

1 caloría = 4,2 Joules

Asi pues, la energía interna de un cuerpo se puede

aumentar realizando trabajo sobre él.

Ahora sabemos que ademas de la "energía mecánica", hay

otro tipo de energía, la "interna". La energía mecánica se

transforma en energía interna, donde el intermediario es

el calor. Por ejemplo, si soltamos una bola metálica de

cierta altura, inmediatamente después del choque medimos

la temperatura de la bola, advertimos que se ha calentado.

Energia Mecánica Calor Energía Interna

A. Capacidad cal orí fi ca (C)Es característica de un cuerpo en particular, se define

como la cantidad de calor que se debe entregar o

sustraer a cada unidad de masa de una sustancia, tal

que, su temperatura varie en la unidad.

QC

T

unidades:cal J

,C C

B. Calor especí fi co (Ce)Es caracteristica de una sustancia homogénea, sedefine como la cantidad de calor que se debeentregar o sustraer a cada unidad de masa de unasustancia, tal que su temperatura varíe en la unidad.

QCe

m. T

unidades:cal J

.g. C kg. C

C. Cal or sensibl e (Q)

Es aquella cantidad de energía interna que

transitoriamente cede o recibe un cuerpo o sustancia

a través de sus fronteras debido a una diferencia de

temperaturas entre él y el cuerpo o medio que la rodea.

El calor sensible, es la cantidad de calor que el cuerpo

utiliza integramente para aumentar o disminuir su

energía interna, esto quiere decir , para aumentar o

disminuir su temperatura. No hay cambio de fase.

Q m.Ce. T unidades: calorías, Joules.

Regla práctica

Cuando una sustancia recibe o cede una cierta cantidad

de calor, se representa del siguiente modo:

Q1

Q2

10 ºC 30 ºC 60 ºC

Significa que la temperatura varía de 10°C a 30°C cuandorecibe una cantidad Q1 de energía calorifica y varía de30°C a 60 °C cuando recibe Q2.Cuando pierde o cede energía calorífica el sentido de lasflechas son opuestas (antihorario).

Calor específico de algunas sustancias

AguaHielo Vapor de agua Aluminio VidrioHierroLatónCobrePlataMercurioPlomo

1,000,500,500,220,200,110,0940,0930,0560,0330,031

Sustancia C.e (cal/g ºC)

V. FORMAS DE PROPAGACIÓN DEL CALOR A. Conducci ón

Suponga que una persona sostiene uno de losextremos de una barra metálica, y el otro extremose pone en contacto con una flama.Los átomos o moléculas del extremo calentado porla flama, adquieren una mayor energía de agitación.El calor se transmite por conducción a lo largo de la

IDEAS FUERZA

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para calentar una unidad de masa de la sustancia tal que su temperatura varie en una unidad de grado.

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179SAN MARCOS REGULAR 2009 - III FÍSICA10

TEMA

Corriente deconvección

En el interior del líquido seproduce un f lu jo demoléculas debido a ladiferencia de densidades, elagua caliente es menosdensa que el agua fría.

barra debido a la agitación de los átomos y lasmoléculas del sólido, despues de cierto tiempo, lapersona que sostiene el otro extremo percibirá unaelevación de temperatura en ese lugar.Por lo tanto, hubo una transmisión de calor a lo largode la barra, que continuará mientras exista unadiferencia de temperaturas entre ambos extremos.Este proceso de transmisión de calor se denomina"conducción térmica". Los metales son buenos"conductores térmicos", mientras que otrassustancias como corcho, porcelana, madera, aire,hielo, lana, papel , etc.., son "aislantes térmicos", es

decir, malos conductores del calor.

El calor se transmite por conducción a lo largodel sólido, debido a la agitación de los

átomos y las moléculas del sólido.

B. Convecci ón

Cuando un recipiente conteniendo agua es colocadosobre una flama, la capa de agua del fondo recibecalor por conducción. Por consiguiente, el volumende esta capa aumenta, y por tanto su densidaddisminuye, haciendo que se desplace hacia la partesuperior del recipiente para ser reemplazada por aguamás fria y más densa, proveniente de tal regiónsuperior. El proceso continúa, con una circulacióncontinua de masas de agua más calientes hacia arriba,y de masa de agua más fria hacia abajo, movimientosque se denominan "corrientes de convección".Suponga que un cuerpo caliente (una lámparaeléctrica por ejemplo) se coloca en el interior deuna campana de vidrio, donde se hace el vacío. Untermómetro, situado en el exterior de la campana,indicará una elevación de temperatura, mostrandoque existe transmisión de calor a través del vacioque hay entre el cuerpo caliente y el exterior.Evidentemente, esta transmición no pudo haberseefectuado por conducción ni por convecc ión. En estecaso, latransmisióndel calor sellevó a cabom e d i a n t eo t r op r o c e s o ,denominado"radiacióntérmica". Elcalor que

nos llega del Sol se debe a este mismo proceso, yaque entre el Sol y la Tierra existe un vacio.Todos los cuerpos calientes emiten radiacionestérmicas que cuando son absorvidos por algún otrocuerpo, provocan en él un aumento de temperatura.Estas radiaciones, así como las ondas de radio, la luz,los rayos "x", etc., son ondas electromagnéticascapaces de propagarse en el vacio.De manera general, el calor que recibe una personacuando está cerca de un cuerpo caliente, llega hastaella por los tres procedimientos: conducción,convección y radiación. Cuando mayor sea latemperatura del cuerpo caliente, tanto mayor será lacantidad de calor transmitida por radiación, como sucede

cuando uno se halla cerca de un horno o una fogata.

Aislante térmico

"Un pájaro eriza sus plumaspara mantener aire entreellas con lo cual evita latransferencia de calor a sucuerpo hacia el ambiente".

VI.EQU IL IBRIO TÉRMICO Cuando en un recipiente cerrado y aislado térmicamenteson introducidos dos cuerpos uno caliente y el otro frío, seestablece un flujo de calor entre los cuerpos, de maneraque disminuya la temperatura del cuerpo caliente debidoa que pierde calor y el otro aumenta su temperatura debidoa que gana calor. El flujo de calor entre los cuerpos cesarácuando los cuerpos alcanzan temperaturas iguales,entonces se dice que han alcanzado el "equilibrio térmico",definiéndose el equilibrio térmico como aquel estado en e l

cual no existe flujo de calor.

A BQ

T A TB

T A > TB

Antes

A B

Q = 0

Te

Te

Después

Propagación en el vacío

vacío c a l o r

"El calor se propaga en el vacío por radiación"



TEMA

Del Sol a la Tierra"El Sol emite calor

en forma de

radiación térmica,

mediante ondas

electromagnéticas,

llegando a la Tierra

a través del vacío".

Calorímetro de

mezclas

Es aquel recipiente

cerrado y aislado

térmicamente que

se util iza para

determinar el calor

específico de los

cuerpos (líquido,

sólido, gas).

Sólido

Agua

Termómetro

Aislante térmico

VI I .TEOREMA FUNDAMENTAL DE LACALORIMETRIA"Cuando mezclamos dos o más cuerpos a diferentestemperaturas, ocurre que el calor que ganan los cuerposfrios lo pierden los cuerpos calientes". Del principio deconservación de la energía se cumple que:

Qganado = Qperdido

Nota:La masa de una sustancia es directamente proporcional a

su volumen.

IDEAS FUERZA

Se recomienda que, la cantidad de calor sensible tenga módulo posit ivo, para que esto ocurra la variación de temperatura debe ser posit ivo.

mayor menorT T – T

De otro modo, se reemplaza el valor absoluto del cambio de temperatura. T

DEFIN IC IÓN Es un proceso en que una sustancia experimenta un

reordenamiento de sus átomos y moléculas adoptando

nuevas propiedades.

Es un hecho bien conocido que en la naturaleza las

sustancias se presentan en tres fases diferentes,

denominadas "fase sólida, fase líquida y fase gaseosa". La

presión y la temperatura a las que una sustancia es sometida,

determinarán la fase en la cual pueda presentarse.

Cuando una sustancia pasa de una fase a otra, decimos

que sufre un "cambio de fase".

A. Sól i doEn esta fase, los átomos de la sustancia se encuentran

muy cerca unos de otros y unidos por fuerzas eléctricas

relativamente intensas. Tales corpúsculos no sufren

traslación en el sólido, pero que se encuentran en

constante movimiento de vibración (agitación térmica)

alrededor de una posición media de equilibrio. Debido a la

fuerte ligación o unión entre los átomos, los sólidos poseen

algunas caracteristicas, como el hecho de presentar forma

propia y de ofrecer cierta resistencia a las deformaciones.

Modelo de laestructura internade un sólido (cristal),observe la organización

y la separación delas moléculas

En la naturaleza, casi todos los sólidos se presentan enforma de "cristales", es decir, los átomos que los

CAMBIO DE FASE

constituyen se encuentran organizados según un modeloregular, en una estructura que se repite ordenadamenteen todo el sólido y se denomina "red cristalina".

B. Lí qui doLos átomos de una sustancia líquida están más alejadosunos de otros, en comparación con los de un "sólido", ypor consiguiente, las fuerzas de cohesión que existenentre ellos son más débiles. Así, el movimiento devibración de los átomos se hace con más libertad,permitiendo que experimenten pequeñas traslaciones

en el interior del líquido. A ello se debe que los líquidos

pueden escurrir o fluir con notable facilidad, no ofrecenresistencia a la penetración, y toman la forma del

recipiente donde se hallan contenidos.

C. Gas

Los átomos o moléculas de una sustancia en estadogaseoso, están separados una distancia mucho mayorque en los sólidos y en los líquidos, siendo prácticamentenula la fuerza de cohesión entre dichas partículas. Poreste motivo se mueven libremente en todas lasdirecciones, haciendo que los gases no presenten unaforma definitiva y ocupen siempre el volumen total delrecipiente donde se hallan contenidos.

M odelo de la estr uctura

interna de un líquido (cristal ),observe la organización y la

separación de las moléculas.

IDEAS FUERZA



TEMA

PROCESOS

A)Fusión: cambio de sólido a líquido.B)Solidificación: cambio de líquido a sólido.C) Vaporización: cambio de líquido a Gas.D)Condensación: cambio de gas a líquido.E) Sublimación Directa: cambio de sólido a gas, sin pasar

por la fase líquida.F) Sublimación Inversa: cambio de gas a sólido, sin pasar

por la fase líquida.

CAMBIO DE FASE Cuando entregamos energía calorífica a un cuerpo y se elevasu temperatura, ya sabemos que hay un aumento en laenergía de agitación de sus átomos. Este incremento haceque la fuerza de cohesión de los átomos se altere, pudiendoocasionar modificaciones en su organización y separación.Es decir, la absorción de energía calorífica por parte de uncuerpo, puede provocar en él un cambio de fase.Durante el cambio de fase la sustancia experimenta unreordenamiento de sus átomos y moléculas, adoptandonuevas propiedades y perdiendo otras. El cambio de fasede una sustancia se realiza a una determinada condición depresión y temperatura constante.

LEYES DE LA FUSIÓN 1. A una presión dada, la temperatura a la cual se produce

la fusión (punto de fusión) tiene un valor determinadopara cada sustancia.

2. Si un sólido se encuentra a su temperatura de fusión esnecesario proporcionales calor para que produzca sucambio de fase. La cantidad de calor que debesuministrársele por unidad de masa, se denomina "calorlatente de fusión", el cual es característico de cadasustancia.

3. Durante la fusión, la temperatura del sólido permanececonstante. Esto significa que el calor que se suministraal sólido, se emplea para el rompimiento de la redcristalina.

VAPORI ZAC IÓN El cambio de fase líquido a gaseoso puede producirse dedos maneras

1. Por "evaporización", cuando el cambio se realizalentamente, a cualquier temperatura. La ropa mojada,por ejemplo, se seca debido a la evaporización del aguaen contacto con el aire.

2. Por "ebullición", cuando el cambio se realiza rápidamentea una temperatura especifica para cada líquido. El aguade una tetera sólo comienza a hervir, o sea, únicamenteentra en ebullición, cuando su temperatura alcanza unvalor igual a 100 °C a la presión de 10 5 Pa.

LEYES DE LA EBULL ICIÓN 1. A determinada presión, la temperatura a la cual se

produce la ebullición (punto de ebullición) es especifica

para cada sustancia.

PlatinoPlataPlomo Azufre AguaMercurio Alcohol etílicoNitrógeno

17759613271190 –39 –115 –210

Sustancia T(ºC) L(cal/g)

27215,813802,8256,1

Puntos defusión

y calorlatente defusión a 1atm depresión

A B

La rapidez deevaporizaciónde un liquidoes mayorcuanto másgrande sea elárea de susuperficielibre.

2. Si un líquido se encuentra en su punto de ebullición es

necesario suministrarle calor para que el proceso semantenga. La cantidad de calor que debe porporcionarse,por unidad de masa se denomina "calor latente devaporización", el cual es característico de cada sustancia.

3. Durante la ebullición, a pesar de que se suministra calor allíquido su temperatura permanece constante, y el vaporque se va formando está a la misma temperatura del líquido.

IN FLU ENCIA DE LA PRESIÓN EN L ATEM PERATU RA DE EBU L L I C I ÓN Cualquier sustancia al vaporizarse aumenta su volumen. Poreste motivo, un incremento en la presión ocasiona unaumento en la temperatura de ebullición, pues una presiónmás elevada tiende a dificultar la vaporización.

IDEAS FUERZA

M odelo de la estr uctura

in terna de un gas (cristal ),observe la organización y la

separación de las moléculas.

IDEAS FUERZA

El tránsito de una sustancia de una fase a otra se

denomina cambio de fase.



TEMA

Este hecho se emplea en las ollas de presión. En una olla

abierta normal (presión normal (1atm = 1,01. 10 5Pa) el

agua entra en ebullición a 100 °C y su temperatura no

sobrepasa este valor.

En una olla a presión los vapores formados que no pueden

escapar, oprimen a la superficie del agua y la presión total

puede llegar a casi 2.105 Pa. Por ello el agua sólo entrará en

ebullición alrededor de los 120°C, haciendo que los alimentos

se cuezan más de prisa. Naturalmente, una disminución en

la presión (menor de 105 Pa) produce un descenso en la

temperatura de ebullición.

DIAGRAM A DE FASES Una sustancia dada se puede presentar en las fases sólido,

líquido o gaseoso, dependiendo de su temperatura y de la

presión que se ejerza sobre ella. En un laboratorio se pueden

determinar, para cada sustancia,

los valores de P (presión) y T

(temperatura) correspondientes a

cada una de estas fases. Con ellos

podemos construir un gráfico que

se conoce como "diagrama de

fases", cuyo aspecto es similar al

siguiente. Obsérvese que este

diagrama está dividido en tres regiones, indicadas por S

(sólido), L (líquido y V (vapor).

PUNTO TRIPLE (T) El punto de unión de estas líneas, punto T de la figura anterior

corresponde a los valores de presión y de temperatura a los

cuales puede presentarse la sustancia, simultáneamente, en

las tres fases este punto se denomina "punto triple" de la

sustancia. El agua por ejemplo, a una presión de 611,3 Pa y a

una temperatura de 0,01 °C, se puede encontrar, al mismo

tiempo, en las fases sólido, líquido y gaseoso, y por lo tanto,

estos valores corresponden a su punto triple.

Mercurio Yodo Agua Alcohol etílicoBromoNitrógenoHelio

3571841007859

–196 –269

Sustancia T(ºC) L(cal/g)

652454020444486

Puntos deEbullición y calorlatente devaporizacióna 1atm depresión

Temperatura de ebullición

Agua Agua

Calor CalorTe=100 ºCP = 1 atm

Te=120 ºCP = 2 atm

La temperatura de ebullición depende de la presión

sobre el líquido.

CALOR LATENTE Es aquella cantidad de calor necesaria y suficiente que se

debe entregar o sustraer a una unidad de masa de una

sustancia saturada, para que ésta pueda cambiar de fase.

QL

m unidades:

cal J;

g kg

Calor latente para el agua a la presión atmósferica normal(P = 1atm). – Fusión – Solidificación (T = 0 °C)

cal kJL 80 340

g kg

– Vaporización – Condensación (T = 100 °C)

cal kJL 540 2300

g kg

• Canti dad de cal or l atente (Q)Es la cantidad de calor que el cuerpo o sustancia utiliza

integramente para modificar su estructura atómica o

molecular, esto quiere decir para cambiar de fase. No

hay cambio de temperatura.

Q = m.L

P

T

T

SL

V

Fusiòn

Vaporizaciòn

Sublimación

P

T

T

SL

V

Solidificación

Condensación

Sublimación

• Condi ci ones de Saturaci ónSe denomina así a los valores de presión y temperatura

que se mantienen constante durante el cambio de fase.

Para cada presión de saturación existe un solo valor de

su temperatura de saturación.

Por ejemplo, si la presión es 1,01.105 Pa (1 atm), el

agua no puede hervir a 95°C ni a 105 °C, le corresponde

una temperatura de ebullición de 100°C.

Análogamente, si el agua hierve a 100 °C, la presión no

puede ser 104, ni 106 Pa, pues le corresponde la presión

normal, 1,01.105 Pa.

Q1 Q3

–20 ºC 20 ºC0 ºC

Q2

Hielo Agua

Diferenciaentre lacantidad decalorsensible ylatente

Si la sustancia es agua:

Q2: Cantidad de calor latente para el cambio de fase.

Q1: Cantidad de calor sensible para el cambio de

temperatura en 20 °C, en la fase sólido.

Q3: Cantidad de calor sensible para el cambio de

temperatura en 20 °C en la fase líquido.

P

T

T

SL

V



TEMA

Problema 1

Calcular la cantidad de calor que recibió

una pieza de acero de 5kg de masa al

calentarla en 600°C. El "Ce" del auro

es: 500 j/kg°C

San Ma r cos 1997

Nivel fáci l

A) 280kcal B) 390kcal C) 360kcal

D) 250kcal E) 380kcal

Resolución

Observa que las unidades no son las

tradicionales, sino las que actualmente

se usan:

Q = m Ce. T

Q = (5kg) (500 J/kg°C)(600°C)

Q 1500 kJ

Si el calor debe expresarse en calorías

use: 1J = 0,24 Cal

Q = 1500k (0,24 cal)

Q 360 kcal

Respuesta: C) 360 kcal

Problema 2

Un sólido uniforme se divide en dos

partes de masa m1 y m2. Si ambas

partes reciben la misma cantidad del

calor, la masa m, eleva su temperatura

en un grado, mientras que la masa m2

eleva su temperatura en sus grados.

La razón de las masas1

2

m

m es:

San Ma r cos 2006

Nivel fáci l

A)1

2

m2

m B)

1

2

m4

m C)

2

1

m3

m

D)1

2

m3

m E)

2

1

m2

m

Resolución

1 1

2 2

m Qm

m Q

Como es el mismo sólido

Ce1 = Ce2

Calor recibido por m1: Q1 = m1Ce( T1)

Calor recibido por m2: Q1 = m2 Ce( T2)

Por dato Q1 = Q2

m1Ce(1) = m2Ce(3)

1

2

m3

m

Respuesta: D)1

2

m3

m

Problema 3

¿Cuánto calor sería necesario para

vaporizar 200g de agua a 100°C?San Ma r cos 2004

Nivel fáci l

A) 103kcal B) 106kcal C) 102kcal

D) 105kcal E) 108kcal

Resolución

m =2H O200g

Ce = 1 cal/g°C

Q = m1; L = 540calg

Q = 200 . 540Q = 108 kcal

Respuesta: E) 108 kcal

NIVEL I

1. Indicar verdadero (V) o falso (F)

según corresponda:

I. El calor es la energía que fluye

espontáneamente del cuerpo

de mayor temperatura al

cuerpo de menor

temperatura.

II. La unidad de calor en el S.I.

de Joule.

III. El calor específico de una

sustancia es la cantidad de

energía que debe añadirse a

una unidad de masa para que

su temperatura se incremente

en una unidad.

A) VVF B) VFV

C) FVV D) VVV

E) VFF

2. Indicar verdadero (V) o falso (F);

según corresponda:

I. Si un cuerpo disminuye su

temperatura, disminuye su

energía térmica.

II. Si dos cuerpos están en

contacto y se encuentran a

diferentes temperaturas fluye

calor espontáneamente del

cuerpo mas caliente al más frío.

III. La temperatura es una energía

en tránsito.

A) VFV B) VVF

C) FVV D) FFV

E) FVF

3. ¿Qué cantidad de calor se necesita

para elevar la temperatura de 150 g

de agua de 18,5ºC a 72ºC?

A) 8125 cal B) 7025 calC) 8025 cal D) 7225 calE) 9025 cal

4. Un bloque metálico de mediokilogramo absorve 1200 caloríascuando su temperatura se elevade 293 K a 303 K. Calcular el calorespecífico del metal en cal/gºC.

A) 0,12 B) 0,18 C) 0,24D) 0,36 E) 0,42

NIVEL II

5. Por un alambre de cobre de 165 gde masa pasa una corrienteeléctrica durante un corto tiempo,elevando su temperatura de 23ºCa 43ºC. ¿Qué cantidad de energíaes transferida por la corrienteeléctrica? (CeCu = 390 J/kg.K)



TEMA

A) 1312 J B) 1416 JC) 1532 J D) 1618 JE) 1287 J

6. Un bloque de hierro de 800 g sesaca de un horno a 270ºC y seenfría a la temperatura ambiente(20ºC). ¿Qué cantidad de calorabsorbe el medio ambiente?(CeFe = 470 J/kg.K) A) 94 kJB) 72 kJC) 64 kJD) 162 kJE) 86 kJ

7. Indique la verdad (V) o falsedad(F) de las siguientes proposiciones:I. El calor es energía que puede ser

almacenada en un recipiente.II. El calor es energía en tránsito que

una vez recibida se puedealmacenar como energía térmica.

III. El calor fluye espontáneamentede un cuerpo con unatemperatura más elevada a otrocon una temperatura menor.

A) VVV B) VFVC) FVV D) FVFE) VFF

8. Un recipiente contiene 400 g deagua a 20ºC. Si se vierten 200 gde agua a 80ºC, ¿cuál es la tem-peratura de equilibrio?

A) 30ºC B) 32ºC C) 36ºCD) 40ºC E) 42ºC

9. Un calorímetro de 50 g de masa ycalor específico 0,18 cal/(gºC) seencuentra a 20ºC. Si se colocan 200 gde agua a 60ºC, ¿cuá es la tempe-ratura de equilibrio térmico? A) 46,8ºC B) 48,2ºCC) 52,3ºC D) 58,2ºCE) 56,4ºC

10. Una broca de fierro que tiene unamasa de 0,2 kg es calentada hasta450ºC, luego se sumerge en unrecipiente con agua a 20ºC. ¿Quémasa de agua debe haber en elrecipiente ideal para que latemperatura final no supere los80ºC (CeFe = 0,112cal/(g.ºC))? A) 0,112 kg B) 0,138 kgC) 0,241 kg D) 0,316 kgE) 0,276 kg

11. Si colocamos 250 g de agua a 0ºCen un refrigerador, ¿cuántascalorías se deben extraer parasolidificarlo totalmente a 0ºC? A) 30 kcal B) 25 kcalC) 20 kcal D) 40 kcalE) 10 kcal

12. ¿Cuántas calorías necesitan 200 gde hielo a 0ºC para convertirse enagua a 30ºC?

A) 22 kcal B) 26 kcalC) 28 kcal D) 30 kcalE) 16 kcal

NIVEL II I

13. Si queremos vaporizar totalmente400 g de agua que se encuentrana 60ºC, ¿cuántas calorías se necesi-tará? A) 16 kcal B) 208 kcalC) 216 kcal D) 232 kcalE) 432 kcal

14. ¿Cuántas calorías se necesitan parafusionar totalmente 60 g de hieloque se encuentra a 0ºC? A) 4,2 kcal B) 4,8 kcalC) 7,2 kcal D) 6,4 kcalE) 3,0 kcal

15. Una sustancia tiene como calorlatente de fusión 150 cal/g ytemperatura de fusión 70ºC ycalor específico 2 cal/gºC. Sitenemos 400 g de esta sustanciaa 10ºC en fase sólida, ¿cuántascalorías se necesitará parafusionarla totalmente?

A) 96 kcalB) 80 kcalC) 64 kcalD) 112 kcal

E) 108 kcal

1. El calor se transfiere espontáneamente de _____

_______________.

2. En el Sistema Internacional (S. I.) la unidad de calor

es: _________________.

3. Cuando aumenta la temperatura de un cuerpo,

entonces su energía interna _________________.

4. El calor se transmite por conducción en _________

_____________________.

5. El calor especifico de una sustancia es:

_______________________________________

Marca verdadero (V) o falso (F)

6. El cambio de fase es un proceso isotérmico ( )

7. El cambio de fase de sólido a gas se denomina

sublimación ( )

8. La convección es la transferencia de calor en los líquidos

( )

9. A una presión determinada, la temperatura a la cual

se produce la fusión tiene un valor determinado para

cada sustancia ( )

10.El calor se propaga en el vació por radiación ( )

F S10 Calorimetría - Cambio de Fase

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