Equilibrio termico

PROBLEMAS RESUELTOS EQUILIBRIO TERMICO

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Erving Quintero Gil Ing. Electromecánico Bucaramanga – Colombia 2010

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Problema 1. Calcular la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura a 10 Kg. De cobre de 25 ºC a 125 ºC m = 10 Kg. = 10000 gr. T1 = 25 ºC T2 = 125 ºC Ce =0.09 Cal/gr.ºC Q = m * Ce * (T2 – T1) Q = 10000 gr. * 0.09 Cal/gr.ºC * (125 ºC - 25 ºC) Q = 900 * 100 = 90000 calorías Q = 90.000 calorías Problema 2. Se mezclaron 5 Kg. de agua hirviendo con 20 Kg. de agua a 25 ºC en un recipiente. La temperatura de la mezcla es de 40 ºC. Si no se considera el calor absorbido por el recipiente. Calcular el calor entregado por el agua hirviendo y el recibido porel agua fría. Agua hirviendo: El cuerpo mas caliente cede calor, el agua hirviendo ha disminuido su temperatura desde 100 ºC hasta 40 ºC m = 5 Kg. = 50000 gr. T1 = 100 ºC Ce = 1 Cal/gr.ºC Tm = 40 ºC Q1 = m1 * Ce * (Tm – T1) Q1 = 5000 gr. * 1 Cal/gr.ºC * (100 ºC - 40 ºC) Q1 = 5000 * 60 = 300000 calorías Q1 = 300.000 calorías Q1 = 300 kcalorías Agua fría: el cuerpo mas frío absorbe calor, el aguafría aumento su temperatura desde 25 ºC hasta 40 ºC m = 20 Kg. = 20000 gr. T2 = 25 ºC Ce = 1 Cal/gr.ºC Tm = 40 ºC Q2 = m2 * Ce * (Tm – T1) Q2 = 20000 gr. * 1 Cal/gr.ºC * (40 ºC - 25 ºC) Q2 = 20000 * 15 = 300000 calorías Q1 = 300.000 calorías Q1 = 300 kcalorías

EL CALOR CEDIDO = CALOR ABSORBIDO Problema 3. Se tienen 200 gr. de cobre a 10 ºC. Que cantidad de calor se necesita para elevarlos hasta100 ºC. Si se tienen 200 gr. de aluminio a 10 ºC y se le suministra la misma cantidad de calor suministrada al cobre. Quien estará mas caliente? Cobre: m1 = 200 gr. T1 = 10 ºC T2 = 100 ºC Ce = 0.09 Cal/gr.ºC Aluminio: El calor especifico del aluminio es mayor que el del cobre. Esto significa que a la misma masa se necesita mas calor para elevar la temperatura del aluminio en 1 ºC

m2 = 200 gr. Q1= m1 * Ce * (T2 – T1) Q1 = 200 gr. * 0.09 Cal/gr.ºC * (100 ºC - 10 T1 = 10 ºC ºC) T2 = ? Q1 = 1.620 calorías Ce = 0.21 Cal/gr.ºC 1620 calorías = 200 gr. * 0.21 Cal/gr.ºC * ( T2 - 10 ºC)

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1620 = 42 * (T2 –10) 1620/42 = T2 –10 38,571 = T2 –10 T2 = 38,571 + 10 T2 = 48,571 ºC

Problema 4. Un recipiente de aluminio de 2,5 Kg. contiene 5 Kg. de agua a la temperatura de 28 ºC. Que cantidad decalor se requiere para elevarles la temperatura hasta 80 ºC. Aluminio m1 = 2,5 Kg. = 2500 gr. T1 = 28 ºC Tf = 80 ºC Ce = 0.21 Cal/gr.ºC Q1 Q1 Q1 Q1 = m1 * Ce * (Tf – T1) = 2500 gr. * 0.21 Cal/gr.ºC * (80 ºC - 28 ºC) = 525 * (52) calorías = 27.300 calorías Agua: m2 = 5 Kg. = 5000 gr. T1 = 28 ºC Tf = 80 ºC Ce = 1 Cal/gr.ºC Q2 = m2 * Ce * (Tf – T1) Q2 = 5000 gr. * 1 Cal/gr.ºC * (80 ºC - 28 ºC) Q2 =5000 * 52 = 260.000 calorías

En este caso absorben calor el recipiente de aluminio como el agua. Por lo tanto es necesario calcular el calor absorbido por cada uno y luego sumarlos. Qt = Q1 + Q2 Qt = 27.300 +260.000 Qt = 287.300 calorías

Problema 5. En un recipiente que contiene 5000 gr, de agua a 20 ºC se coloca a 100 ºC un bloque de hierro de 500 gr. Cual debe ser la temperatura deequilibrio, si se supone que el recipiente no recibe ni cede calor. Agua: Al estar a menor temperatura que el Hierro: Al estar a mayor temperatura cede calor hierro absorbe calor. m2 = 500 gr. m1 = 5 Kg. = 5000 gr. T1 = 100 ºC T1 = 20 ºC Tf = ? Tf = ? Ce = 0,43 Cal/gr.ºC Ce = 1 Cal/gr.ºC Q2 = m2 * Ce * (Tf – T1) Q1 = m1 * Ce * (Tf – T1) Q2 = 500 gr. * 0,43 Cal/gr.ºC * (100 - Tf ºC) Q1 = 5000 gr. * 1Cal/gr.ºC * (Tf - 20 ºC) Q2 = 215 * ( 100 - Tf ) Q1 = 5000 * (Tf -20) Q2 = 21500 - 215 Tf Q1 = 5000 Tf – 100.000 Como la cantidad de calor absorbido por agua = al calor cedido por el hierro Q1 = Q2 5000 Tf – 100.000 = 21.500 - 215 Tf 5000 Tf +215 Tf = 21.500 + 100.000 5215 Tf = 121.500 Tf = 121.500/5.215 Tf = 23,29 ºC

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Problema 6. Calcular las cantidades de calor para elevar la temperatura...