1 Ejercicios ley de termodinamica

TREINTA EJERCICIOS DE BALANCE DE ENERGIA

PRESENTADO POR:
CARLOS ANDRES DUARTE BUITRAGO
RICARDO CARDENAS MALAGON
JHONATAN ALEXANDER TORRES

PRESENTADO A:
ING. ADOLFO POLO



UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
SEDE BARRANCABERMEJA
AGOSTO 14
2010

1) Ejercicios sobre calorimetría

a) Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobre desde10 ºC a 100 ºC; b) suponiendo que a 100 g de aluminio a 10 ºC se le suministre la cantidad de calor del apartado a); deducir que cuerpo, cobre o aluminio, estará más caliente. El calor específico del cobre es 0,093 cal/g ºC y el del aluminio 0,217 cal/g ºC

b) Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 g de hielo a 0 ºC y 300 g de agua a 50 ºC

c) Hallar el calor que se debeextraer de 20 g de vapor de agua a 100 ºC para condensarlo y enfriarlo hasta 20 ºC. Calor de fusión del hielo 80 cal/g; calor de vaporización 540 cal/g

d) Un calorímetro de 55 g de cobre contiene 250 g de agua a 18 ºC. Se introduce en él 75 g de una aleación a una temperatura de 100 ºC, y la temperatura resultante es de 20,4 ºC. Hallar el calor específico de la aleación. El calor específicodel cobre vale 0,093 cal/g ºC

e) La combustión de 5 g de coque eleva la temperatura de 1 l de agua desde 10 ºC hasta 47 ºC. Hallar el poder calorífico del coque.

f) 200 g de agua están contenidos en un recipiente de aluminio de 300 g a 10 ºC y 100 g adicionales de agua a 100 ºC se vierten en el sistema, ¿cuál es la temperatura de equilibrio final del sistema? Calor específico delaluminio 0,215 cal/g ºC

g) ¿Cuánto calor debe agregarse a 20 g de aluminio a 20 ºC para fundirlo completamente? Calor de fusión del aluminio 3,97 x 105 J/Kg.; Calor específico del aluminio 0,215 cal/g ºC; Punto de fusión del aluminio: 660 ºC

h) En un recipiente aislado se agregan 250 g de hielo a 0 ºC a 600 g de agua a 18 ºC. a) ¿Cuál es la temperatura final del sistema? b) ¿Qué cantidad dehielo queda cuando el sistema alcanza el equilibrio?

i) Un calentador de agua funciona por medio de potencia solar. Si el colector solar tiene un área de 6 m2 y la potencia entregada por la luz solar es de 550 W/m2, cuanto tarda en aumentar la temperatura de 1 m3 de agua de 20 ºC a 60 ºC.

Desarrollo:
a)
Q=mc∆t=100g.0,093calg.℃100-10℃=837cal
Q=mc∆t
∆t=Qmc=837cal100g.0,217calg.℃=2707℃T-10℃=2707℃ T=3407℃≈48,5℃
Como 100℃>48,5℃ va a estar mas caliente el cobre

b)
Qhielo=150g.80 calg=12000cal →derretir todo el hielo
Qagua=300g.1calg.℃50℃-0℃=15000cal
15000cal-12000cal=3000cal→estas calorias que sobran se usan para calentar el agua
3000cal=450g.1calg.℃T-0℃
T=6,66℃

c)
CCon=-20g.540calg=-10800cal
C=20g.1calg℃20℃-100℃=-1600cal
Ct=-12400 se liberan

d)Qcobre=55g.0,093calg℃20,4℃-18℃=12,276cal
Qagua=250g.1calg℃20,4℃-18℃=600cal
Qcobre+Qagua=-Qaleacion
-612,276cal=75g.℃(20,04℃-100℃)
C=0,010255calg℃

e)
1litroagua1000g1litro=1000g
Qagua=1000g.1calg℃47℃-10℃=37000cal
37000cal5g=7400calg

f)
Qagua1=200g.1calg℃(T-10℃)
QA1=300g.0,215calg℃(T-10℃)
Qagua2=100g.1calg℃(T-100℃)
Qagua+QA1=-Qagua
200T-2000+64,5T-645=-100T+10000
364,5T=12645T=34,691℃

g)
0,215calg℃4,1858J1cal=0,899947Jg℃
Q=20g.0,899947Jg℃.660℃-20℃=11519,3216J
Qf=0,02kg.3,97.105Jkg=7940J
Qt=19,459KJ

h) SE DEBE PROBAR QUE LA ENERGÍA QUE LIBERA EL AGUA DERRITE TODO EL HIELO
Qagua=600g.1calg℃o℃-18℃=-10800cal
Qhielo=250g.80calg℃=20000cal
NO DERRITE TODO EL HIELO
10800=m.80calg℃
m=135g derrite del hielo total
250g-135=115g de hielo quedan cuando se alcanza elequilibrio a 0℃

i)
550wm26m2=3300w=3300Js
Q=1.106.4,1858Jg℃60℃-20℃=167432000J
-------------------------------------------------
T=50,736 KS
-------------------------------------------------

2) Aplicación de primera Ley de la Termodinámica en gases

2.1) En cada uno de los siguientes casos, hállese la variación de energía interna del sistema:
a) Un sistema absorbe 500 cal y realiza...