Ejericicos termodinamica resnick

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Cuarto Examen Parcial de Física II Sainz Rios Luis Roberto 5MV1
1.-Un tazón de 146 g de cobre contiene 223 g de agua; tanto el tazón como el o agua estan a 21 C . Se deja caer en el agua un cilindro de cobre muy caliente de 314 g. Esto hace que el agua hierva, convirtiendose 4.70 g en vapor, y o la temperatura nal de todo el sistema es de 100 C . a) ¾Cuánto calor se transrió al agua? b)¾Cuántoal tazón? c) ¾Cuál era la temperatura original del cilindro?

Solución:

a) Hay tres factores en este problema: el tazón de cobre (t), el agua (a) y el cilindro de cobre (c). Los cambios internos de la energía total debe ser igual a cero, además ningún objeto realiza trabajo así tenemos las dos ecuaciones:
∆Eint,t + ∆Eint,a + ∆Eint,c = 0 y Qt + Qa + Qc = 0

La transfernecia de calor paraestos tres factores esta dada por :
Qt = mt ct (Tf,t − Ti,t ) Qa = ma ca (Tf,a − Ti,a )
+

Lv m2

Qc = mt ct (Tf,c − Ti,c ) Lv m2 este término expresa el calor requerido extra para evaporar m2 : 4.70 o o g de agua a 100 C en vapor a 100 C , entonces tenemos la relación de las

temperaturas por:

Tf,t =Tf,a =Tf,c =100 C

o

y Ti,t =Ti,a =21 C

o

El calor que se transrió al aguaes:
J J Qa = (0.223kg)(4190 Kg·k )((100 C) − (21 C))+(2.26x106 kg )(4.10x10−3 kg),
o o

Qa =8.44
1

x

104 J

b) El calor que se transrió al tazón es:
J Qt = (0.146kg)(387 Kg·k )((100 C) − (21 C))=4.46
o o
x

103 J

c) El calor transferido del cilindro fué transferido del tazón y agua así:
Qc = −Qt −Qa = (−4.46
x

103 J)−(8.44

x

104 J)=−8.89

x

104 J

Así latemperatura inicial del cilindro es:
Ti,c =Tf,c
-

Qc m c cc =

−8.89x10 (100 C)−( (0.314kg)(387 JJ

o

4

) Kg·k

)= 832 C

o

2.-Un atleta necesita perder peso y decide hacerlo levantando pesas. a)¾Cuántas veces debe levantar una pesa de 80 kg a una altura de 1.30 m para quemar 1 lb de grasa suponiendo que se requieren 3500 Cal para hacerlo? b) Si la pesa se levanta una vez cada 4s, ¾Cuánto tiempo le tomará?

Solución:

a)Tenemos que
m W = F · d = m · g · d=(80 kg)(9.81 s2 )(1.30 m)

W = 1020.24J

Contamos con un calor de Q = 3500 Cal convertimos W de J a Cal así tenemos 242.91 Cal para que esto sea igual a Q = 3500 Cal tenemos un total de 14.40 veces≈ 15 veces que se tendra que levantar. b)t = (14.40)(4s)=57.6345s ≈1 minuto
3.-Calcule la cantidad mínima decalor necesario para fundir completamente o 130 g de plata inicialmente a 16 C suponga que el calor especíco no cambia con la temperatura.

Solución:

2

La temperatura de la plata debe ser elevada al punto de fusión, el calor necesario es:
Q = mL Q= (0.130kg)[(105
+ x

mc∆T = m(L + c∆T )

J J 103 kg )+(236 Kg·k )(1235K − 289K)]

Q=4.27

x

104 J

4.-Un jefe de cocina quien, unamañana se encuentra que la estufa no funciona, decide hervir agua para café sacudiéndola en un termo. Suponga que o 3 el Chef  usa 560 cm de agua de la llave a 59 F y que el agua cae 35 cm en cada sacudida, ejecutando el chef  30 sacudidas por minuto. Despreciando cualquier pérdida de energia. ¾Darante cuánto tiempo estará secudiendo el frasco antes de que hierva el agua?

Solución:Tenemos que
Q = mc∆T = (560g)(1 gcal )(100o C−15o C)=47.6 Cal oC

Que es el calor requerido para realizar que el agua hierva. Ahora tenemos
m W = F · d = m · g · d=(0.560 kg)(9.81 s2 )(0.35 m)

W = 1.9227J por sacudida, si son 30 secudidas por minuto tenemos W = 57.6828J por minuto y si los expresamos en Cal tenemos W = 13.734 Cal por minuto así
Q W

=

47.6 Cal 13.734 Cal/min

= 3.46minutos

5.-Una persona prepara una cantidad de té helado mezclando 520 g del té o caliente (esencialmente agua) con una masa igual al hielo a 0 C . ¾Cuáles son la temperatura nal y la masa del hielo restante si el té caliente esta o o inicialmente a una temperatura de a)90 C y b) 70 C ?

Solución:

3

a) Denimos Qt como el calor del te , Qa calor del agua usado para hacer hielo , Qh...
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