problema resuelto de serway

PROBLEMAS RESUELTOS PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

CAPITULO 20

FISICA I

CUARTA, QUINTA, SEXTA Y SEPTIMA EDICION SERWAY
Raymond A. Serway

20.1 Calor y energía interna
20.2 Calor especifico y calorimetría
20.3 Calor latente
20.4 Trabajo y calor en procesos termodinámicos

Erving Quintero Gil
Ing. Electromecánico
Bucaramanga – Colombia
2010

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Problema 1. En su luna de miel, James Joule viajó de Inglaterra a Suiza. Trató de verificar su idea de la
convertibilidad entre energía mecánica y energía interna al medir el aumento en temperatura del agua
que caía de una catarata. Si el agua de una catarata alpina tiene una temperatura de 10°C y luego cae50 m (como las cataratas del Niágara) , ¿qué temperatura máxima podría esperar joule que hubiera en
el fondo de las cataratas?

Problema 2. Considere el aparato de joule descrito en la figura 20,1. La masa de cada uno de los dos
bloques es de 1.5 kg, y el tanque aislado se llena con 200 g de agua. ¿Cuál es el aumento de la
temperatura del agua después que los bloques caen una distancia de 3m?

Sección 20.2 Calor específico y calorimetría
Problema 3. La temperatura de una barra de plata sube 10°C cuando absorbe 1.23 kj de energía por
calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico de la plata.

Problema 4. Una muestra de 50 gr de cobre está a 25°C. Si 200 j de energía se le agregan por calor,
¿cuál es la temperatura final del cobre?

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Problema 5.El uso sistemático de energía solar puede dar un gran ahorro en el costo de calefacción de
espacios en invierno para una casa típica de la región norte central de Estados Unidos. Si la casa tiene
buen aislamiento, es posible modelarla como que pierde energía por calor de manera continua a razón
de 6000 W en un día de abril, cuando la temperatura promedio exterior es de 4°C, y cuando el sistemade calefacción convencional no se usa en absoluto. El colector pasivo de energía solar puede estar
formado simplemente por ventanas muy grandes en una alcoba que mire hacia el sur. La luz solar que
brille durante el día es absorbida por el piso, paredes interiores y otros objetos del cuarto, elevándose
así su temperatura a 38°C. Cuando baja el sol, las cortinas o persianas aislantes se cierransobre las
ventanas. Durante el periodo entre las 5:00 p.m. y las 7:00 a.m. la temperatura de la casa bajará, y se
necesita una "masa térmica" suficientemente grande para evitar que baje demasiado. La masa térmica
puede ser una gran cantidad de piedra (con calor específico de 850 ]/kg.oC) en el piso y las paredes
interiores expuestas a la luz solar. ¿Qué masa de piedra se necesita si latemperatura no debe
descender por abajo de 18°C durante la noche?

Problema 6. El láser Nova del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California, se usa en
estudios para iniciar una fusión nuclear controlada (sección 23.4 del volumen II). Puede entregar una
potencia de 1.60 X 1013 W durante un intervalo de tiempo de 2.50 ns. Compare su energía de salida en
uno de estos intervalos con laenergía necesaria para hacer que se caliente una olla de té de 0.8 kg de
agua de 20°C a 100°C.

Problema 7. Una herradura de hierro de 1.5 kg inicialmente a 600°C se deja caer en una cubeta que
contiene 20 kg de agua a 25°C. ¿Cuál es la temperatura final? (Pase por alto la capacidad calorífica del
recipiente, y suponga que la insignificante cantidad de agua se hierve.)

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Problema 8. Unataza de aluminio de 200 gr de masa contiene 800 gr. de agua en equilibrio térmico a
80°C. La combinación de taza y agua se enfría uniformemente de modo que la temperatura desciende
en 1.5°C por minuto. ¿A qué ritmo se remueve energía por calor? Exprese su respuesta en watts.

Problema 9. Un calorímetro de aluminio con masa de 100 gr. contiene 250 gr. de agua. El calorímetro y
el agua están en...