cambio de fase

Liceo de Aplicación
Departamento de Física
Guía resuelta n°2 Calor
2° Medio
Aprendizajes esperados
Caracterizar el calor como una transferencia de energía entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura
Emplear la noción de calor para describir los procesos de cambio de fase

Indicaciones
La presente guía tiene como objetivo que el estudiante realice y compruebe susresultados en forma individual.

1.- ¿Cuántas calorías ceden 5 kg de cobre (c = 0,094 cal/g°C) al enfriarse desde 36 °C hasta -4 °C?
Datos:
m = 5 kg = 5.000 g
Ti = 36 °C
Tf = - 4 °C
c = 0,094 cal/g°C
Q = - mc∆T = - mc(Tf – Ti) = - 5.000 g · 0,094 cal/g°C · (-4 °C – 36 °C) = 18.800 cal

2.- Un bloque de acero (c = 0,12 cal/g°C) de 1,5 toneladas se calienta hasta absorber l,8xl06 cal. ¿A quétemperatura queda si estaba a 10 °C?
Datos:
m = 1,5 ton = 1.500 kg = 1.500.000 g = 1,5x106 g
Ti = 10 °C
c = 0,12 cal/g°C
Q = 1,8x106 cal

3.- Una caja de latón (c = 395,6 J/kg°C) tiene una masa de 250 g a una temperatura de – 20 °C. ¿Cuánta energía térmica hay que suministrarle para que alcance la temperatura de 120°C?
Datos:
m = 250 g = 0,25 kg
Ti = - 20 °C
Tf = 120 °C
c = 395,6J/kg°C
Q = mc∆T = mc(Tf – Ti) = 0,25 kg · 395,6 J/kg°C · (120 °C - - 20 °C) = 13.846 J
4.- ¿Cuántas calorías absorbe una barra de fierro (0,11 cal/g°C) cuando se calienta desde -4 °C hasta 180 °C, siendo su masa de 25 kg?
Datos:
m = 25 kg = 25.000 g
Ti = - 4 °C
Tf = 180 °C
c = 0,11 cal/g°C
Q = mc∆T = mc(Tf – Ti) = 25.000 g · 0,11 cal/g°C · (180 °C - - 4 °C) = 506 kcal

5.- ¿Qué masa tiene unaplancha de cobre si cede 910 cal al enfriarse desde 192 °C hasta -8 °C?
Datos:
Q = 910 cal
Ti = 192 °C
Tf = - 8 °C
c = 0,094 cal/g°C

6.- ¿Cuántas calorías absorbe 1/4 litro de mercurio (densidad = 13,6 g/cm3 y c = 0,033 cal/g°C) cuando se calienta desde -20 °C hasta 30 °C?
Datos:
V = 1/ 4 l = 0,25 l = 250 cm3
ƍ = 13,6 g/cm3
c = 0,033 cal/g°C
Ti = - 20 °C
Tf = 30 °C
m = ƍV = 13,6g/cm3 · 250 cm3 = 3.400 g
Q = mc∆T = 3.400 g · 0,033 cal/g°C · (30 °C - - 20 °C) = 5.610 cal

7.- Para calentar 3/4 litros de mercurio que están a 5 °C se absorben 6,6 Kcal. ¿A qué temperatura queda?
Datos:
V = ¾ l = 0,75 l = 750 cm3
ƍ= 13,6 g/cm3
c = 0,033 cal/g°C
Ti = 5 °C
Q = 6,6 kcal = 6.600 cal
m =ƍV = 13,6 g/cm3 · 750 cm3 = 10.200 g

8.- Se tienen 2,5 toneladas de fierro que ceden2,2xl06 cal al enfriarse desde 1000 °C. ¿A qué temperatura queda?
Datos:
m = 2,5 ton = 2.500 kg = 2,5x106 g
Q = 2,2x106 cal
Ti = 1.000 °C
c = 0,11 cal/g°C

9.- Se tiene un trozo de hielo de 1 kg a una temperatura de -40 °C
a) ¿Cuánto calor se necesita para transformarlo a vapor de agua?
b) ¿Cuánto calor se necesita para transformar a vapor de agua sólo la mitad del hielo? Considere quenunca se quita parte alguna del trozo de hielo inicial, ni siquiera cuando es agua.

a) Datos:
m = 1 kg = 1.000 g
Ti = - 40 °C
Chielo = 0,5 cal/g°C
Cagua = 1 cal/g°C
Lf = 80 cal/g
Lv = 540 cal/g
i) para que suba su temperatura de -40 °C a 0 °C
Q = mc∆T = 1.000 g · 0,5 cal/g°C · (0 °C - - 40 °C) = 20.000 cal

ii) para que se produzca el proceso de la fusión:
Q = mLf = 1.000 g · 80 cal/g =80.000 cal

iii) para que suba su temperatura de 0°C a 100 °C (en forma de agua líquida)
Q = mc∆T = 1.000 g · 1 cal/g°C · (100 °C – 0°C) = 100.000 cal

iv) para que se evapore completamente
Q = mLv = 1.000 g · 540 cal/g = 540.000 cal

v) se suman todas las energías
Q = 20.000 cal + 80.000 cal + 100.000 cal + 540.000 cal = 740.000 cal
b) Como ahora se pide la energía necesaria para quese evapore solo la mitad de la masa inicial, los pasos i) a iii) de la letra anterior son iguales, y solo cambia el paso iv) donde se considera solo la mitad de la masa, es decir 500 g.

iv) para que se evapore la mitad de la masa

Q = mLv = 500 g. 540 cal/g = 270.000 cal

v) se suman todas las energías:
Q = 20.000 cal + 80.000 cal + 100.000 cal + 270.000 cal = 470.000 cal

10.- Hallar...