TEMPERATURA Y CALOR 1. Escalas de

Física III – 2009
Carreras de Ingeniería – UCA
TEMPERATURA Y CALOR
1.
Escalas de temperatura. En el libro Fahrenheit 451 de Ray Bradbury, el título hace
referencia a la temperatura a la que se enciende el papel y arde. ¿A qué temperatura
Celsius se enciende el papel?
2.
¿A qué temperatura las temperaturas Fahrenheit y Celsius son iguales?
3.
Dilatación térmica. Suponga que pudiera construirse un aro de acero ajustado al
ecuador terrestre a una temperatura de 20 °C. ¿Cuánto se separaría el aro del suelo si la
temperatura aumentara en 1 °C? El radio de la Tierra en el ecuador es 6378 km y el
coeficiente de dilatación lineal del acero es αacero = 1,2 x 10–5 (ºC)–1.
4.
Un cubo de aluminio de 0,150 m de lado se calienta desde 20 °C a 80 °C. Calcule los
cambios de volumen y de densidad que se producen por este calentamiento (ρ0 = 2,7 x
103 kg/m3 a 20 °C, αAl = 2,4 x 10–5 (ºC)–1).
5.
Una varilla de 30 cm de longitud se expande a 0,0650 cm cuando se calienta de 0 °C a
100 °C. Una varilla de otro metal con la misma longitud se expande a 0,0350 cm con el
mismo aumento de temperatura. Una tercera varilla, también de 30 cm, se compone de
tramos de los metales anteriores unidos a tope y se expande 0,0580 cm entre 0 °C y 100
°C. Calcule la longitud de cada tramo de la varilla compuesta.
6.
Calor y calor específico. El calor específico molar de cierta sustancia varía con la
temperatura en forma lineal según la ecuación empírica:
C = C0 + α T ,
donde T se mide en Kelvin, C0 = 27,7 J/mol·K y α = 0,004 J/mol·K2. ¿Cuánto calor se
necesita para calentar 5 moles de la sustancia de 20 ºC a 400 ºC.
7.
Calorimetría. Calcule el calor que hay que aportar a 1 kg de hielo que está a 0 ºC para
fundirlo, llevar el líquido obtenido hasta los 100 ºC y luego evaporarlo totalmente. Para
el agua: calor de fusión Lf = 334 x 103 J/kg, calor específico c = 4190 J/kg·ºC, calor de
vaporización LV = 2256 x 103 J/kg.
8.
En climas de fuertes heladas es habitual que los agricultores coloquen dentro de los
invernaderos grandes tachos con agua. Un agricultor coloca un barril con 100 kg de
agua a 20 ºC en el invernadero donde cultiva verduras. Si la temperatura del agua
desciende a 0 ºC y luego se congela totalmente, calcule el calor entregado por el agua al
interior del invernadero, y cuánto tiempo tendría que haber funcionado un calefactor
eléctrico de 1 kW para entregar la misma cantidad de calor que el agua.
9.
Un calorímetro de cobre de 0,322 kg contiene 0,0420 kg de hielo. El sistema está a 0°C.
Si dentro del calorímetro se licúan 0,0120 kg de vapor de agua a 100 °C y 1 atm de
presión, ¿qué temperatura final alcanzan el calorímetro y su contenido? El calor
específico del cobre es 390 J/kg·K.
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10.
En un recipiente de masa insignificante, a 0,20 kg de agua a 40 °C se le añaden 0,03 kg
de vapor de agua a 100 °C. Si no se cede calor al entorno, ¿qué temperatura final
alcanza el sistema?
11.
Un recipiente bien aislado contiene 250 g de hielo a –12 ºC y se agrega agua a 22 ºC.
a) Si el sistema alcanza el equilibrio de manera que toda el agua queda
congelada a 0 ºC, ¿cuánta agua se agregó?
b) Si el sistema alcanza el equilibrio con agua a 10 ºC, ¿cuánta agua se agregó?
c) Si el sistema alcanza el equilibrio de manera que el recipiente contiene mitad
agua y mitad hielo, ¿cuánta agua se agregó?
d) Si la cantidad de agua que se agrega es 1,50 kg, ¿cuál es la temperatura final
del sistema?
12.
Una pava contiene un líquido a 20 ºC. Se coloca la pava sobre una hornalla de gas
encendido. La hornalla transfiere calor a un ritmo constante de 126 W y durante toda la
experiencia la presión es constante e igual a la normal. Se observa que el líquido alcanza
la temperatura de ebullición de 110 ºC en 10 minutos y que después de 30 minutos la
mitad del líquido ha pasado al estado de vapor. El calor específico a presión constante
del líquido es 4200 J·kg–1·K–1. Averigüe cuánto líquido había inicialmente en la pava y
su calor latente de vaporización.