Guía º3 Calor y Termodinámica

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES
INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS
Prof: Darío Farren
Guía º3 Calor y Termodinámica
Propagación de la Energía: Calor.
1.- Una fuente importante de pérdida de calor en una casa la constituyen sus ventanas.
Calcúlese la razón de flujo de calor a través de una ventana de vidrio de 2.0 [m] x 1.5
[m] de área y de 3.2 [mm] de espesor, si las temperaturas en las superficies interior y
exterior son, respectivamente, de 15 [ºC] y 14 [ºC].
ota: kvidrio = 0.84 [J/s·m·ºC]
R: 790[W] o 680 [kcal/h]
2.- Una placa de metal de 4 [mm] de espesor tiene una diferencia de temperatura entre
sus dos caras de 32 [ºC], y transmite una energía calórica de 200 [kcal/h] a través de
un área de 5 [cm2]. Calcular la conductividad térmica del metal en [W/m·K]
R: 58.5 [W/m·K]
3.- Un refrigerador tiene la forma de una cubo de 45 [cm] de longitud en cada arista. Sus
paredes son de un espesor de 3.0 [cm] y están hechas de plástico (k = 0.050 W/m·K).
Cuando la temperatura exterior es de 20 [ºC], ¿cuánto hielo se derrite adentro
del refrigerador cada hora?
R: 379 [g]
4.- Dos placas de metal estan soldadas una a la otra
como se muestra en la figura. Se sabe que A = 80
[cm2], L1 = L2 = 3.0 [mm], T1 = 100 [ºC], T2 = 0
[ºC]. Para la placa de la izquierda, k1 = 48.1
[W/m·K] ; y para la placa de la derecha, k2 = 68.2
[W/m·K]. Calcular la temperatura t del empalme
soldado y la razón de flujo de calor a través de las
placas. Sugerencia: considere que el flujo de calor
de una placa es igual al flujo de calor a través de
la otra.
R : 41.4 [ºC] ; 7.5 [kJ/s]
5.- a) ¿Cuánta potencia radía una esfera de tungsteno (e = 0.35) de radio igual a 10 [cm]
a una temperatura de 20 [ºC]?
b) Si la esfera se encierra en un cuarto cuyas paredes se mantienen a -5 [ºC], ¿ cuál es
el flujo neto de energía hacia la esfera?
R: a) 18.4 [W]; b) 5.5 [W]
6.- Una esfera de 3 cm de radio actúa como un cuerpo negro y absorbe 30 kW de la
potencia radiada por su entorno. Determine la temperatura radiada por la esfera.
R: 2,6·103 K
7.- Una esfera de radio R2 tiene una cavidad central
concéntrica de radio R1 (ver figura). La cavidad se llena
con un material (k) a temperatura T1, en tanto que la
superficie exterior se encuentra a una temperatura T2.
Demuestre que la razón de flujo de calor es:
dQ 4π k (T1 - T2 ) R 12
=
dt
R2 − R1
Continuación de Guía 3
8.- Una caja de espuma de poliuretano para mantener frías las bebidas tiene un área de
pared total (incluida la tapa) de 0,8 m2 y un espesor de pared de 2 cm y está llena con
hielo, agua y latas de una cierta bebida a 0°C. Calcule la razón de flujo de calor
hacia el interior si la temperatura exterior es 30°C. ¿Cuánto hielo se derrite en un
día?
(datos: kpoliuretano = 0,01 W/m·K ; Lhielo = 3,34·105 J/Kg )
R: 12 J/s ; 3,1 Kg
9.- En el ejercicio anterior, suponga que las dos barras se separan. Un extremo de cada
una se mantiene a 100°C y el otro, a 0°C.
Determine la razón total de flujo de
calor en las dos barras.
R: 97,1 W
10.-
Una placa de bronce de 2 cm de espesor (kbronce = 105 W/K·m) está sellada a una
hoja de vidrio ( kvidrio = 0,8 W/K·m). Ambas tienen igual área. La cara expuesta
de la placa de bronce está a 80°C, mientras que la cara expuesta del vidrio está a
20°C. ¿Cuál es el espesor del vidrio si si la interfase vidrio bronce está a 65°C?
R: 0,46 mm
11.-
Una placa de acero delgada y cuadrada de 10 cm por lado, se calienta en una forja
de herrero a 800°C. Si su emisividad es de 0,6 , calcule la razón total de
radiación de energía. ( σ = 5,67·10-8 W/m2 )
R: 900 W
12.-
El filamento de una lámpara incandescente tiene un área de 50 mm2 y opera a
2.127°C de temperatura de 2127°C. Suponga que toda la energía suministrada a
la lámpara es radiada por ella. Si la emisividad del filamento es 0,83, ¿qué
potencia se deberá suministrar a la lámpara cuando está operando?
R: 78 W