Ejercicios de calor
Ejercicio 1
Realizar las siguientes conversiones de temperatura.a) 25 °C a °K
b) -7,3 °C a °K
c) 250 °K a °C
d) 300 °K a °C
Respuestas
a) Planteamos la fórmula de conversión de celsius a kelvin.
b) Planteamos la fórmula de conversión de celsius a kelvin.
c) Planteamos la fórmula de conversión de kelvin a celsius.
d) Planteamos la fórmula de conversión de kelvin a celsius.
Ejercicio 2
Un cubo metálico de 250 gramos se encuentra a una temperatura de 15 °C. Se transfieren al mismo 2 kJ de energía térmica y su temperatura aumenta hasta alcanzar 25 °C. Calcular el calor específico de la sustancia expresado en J / kg K.Respuesta
Convertimos las unidades a las solicitadas en el ejercicio, que coinciden con las unidades del Sistema Internacional.
Calculamos la diferencia de temperatura.
Planteamos la fórmula de calor específico, reemplazamos por los valores y obtenemos el resultado.
Ejercicio 3
Calcular la cantidad mínima de calor que se requiere para que un cuerpo de 1 kg de hielo que se encuentra a -15 grados celsius cambie de estado a líquido.Datos:
Calor específico del agua = 4183 J / kg K.
Calor latente de fusión del agua = 334 J / kg.
Respuesta
Para obtener el resultado dividimos el ejercicio en dos partes. En primer lugar calculamos la cantidad de calor necesaria para llevar el cuerpo a 0°C y luego el calor necesario para el cambio de estado.Convertimos los valores a unidades del Sistema Internacional.
Calculamos ΔT.
Planteamos la fórmula de calor y calculamos la energía necesaria.
Luego calculamos el calor necesario para el cambio de estado.
Planteamos la cantidad de calor total como la suma de Q1 y Q2.
También podríamos haber utilizado directamente la fórmula de calor latente con cambio de estado.
Ejercicio 4
Calcular la potencia calórica que transmite una barra de hierro de 20 cm2 de sección y 1,25 metros de longitud, si la diferencia de temperatura entre ambos extremos es de 20 °C.Dato: Conductividad térmica del hierro = 80,2 [W / K·m]
Respuesta
Convertimos la diferencia de temperatura a grados kelvin. Debemos tener en cuenta que como no estamos convirtiendo una temperatura sino una diferencia de temperaturas el valor es el mismo.
Planteamos la ley de Fourier.
Reemplazamos los valores y obtenemos el resultado.
La potencia transmitida es de 2,57 W desde el lado más caliente hacia el lado más frío.
Ejercicio 5
Calcular la potencia con la que se transfiere calor desde una superficie líquida de un metro cuadrado a 75 °C en un ambiente a 0 °C, si el coeficiente de enfriamiento es 150 W / m2 · K.Respuesta
Calculamos la diferencia de temperatura en °K.
Planteamos la ley de enfriamiento newtoniano. Reemplazamos por los valores y obtenemos el resultado.
Ejercicio 6
Calcular la potencia calorífica que emite un metro cuadrado de madera a 25 °C, si su emisividad es de 0,95.Respuesta
En primer lugar convertimos los valores a unidades del Sistema Internacional.
Luego planteamos la ley de Stefan Boltzmann.
Reemplazamos los valores.
Ejercicio 7
Se mezclan en un recipiente 1 kg de agua a 20 °C y 0,5 kg de agua a 27 °C. Calcular la temperatura de equilibrio en grados centígrados.Respuesta
Pasamos a grados kelvin las temperaturas:
Planteamos la fórmula de temperatura de equilibrio. En este caso, al tratarse de la misma sustancia no necesitamos conocer el calor específico ya que este término se va a simplificar.
Aplicamos la propiedad distributiva y despejamos TF.
Como ambas sustancias tienen el mismo calor específico, reemplazamos c1 y c2 por c y luego simplificamos.
Reemplazamos por los valores.
Pasamos el resultado a grados centígrados y obtenemos el resultado.
Seguir a apéndice de matemática
Volver a calor
Volver a home