Fisica 2: trabajo y calor

PROBLEMAS
Calor y energía térmica
1. Considere el aparato de Joule descrito en la figura. Las dos masas son de
1.50 kg cada una y el tanque se llena con 200 g de agua. ¿Cuál es elaumento
de la temperatura del agua después de que las masas descienden una
distancia de 3.00 m?
Solución:
Suponiendo que toda la energía potencial se convierte en calor, el aumento en
latemperatura es
ΔT = 2mgh/maguaC = 2(1.5 kg)( 9.81 m/s2)(3 m)/(0.2 kg)(1480 J/kg oC) = 0.29 oC

2. Una persona de 80 kg que intenta de bajar de peso desea subir una
montaña para quemarel equivalente a una gran rebanada de pastel de
chocolate tasada en 700 calorías (alimenticias). ¿Cuánto debe ascender la
persona?
Solución:
mgh = Q = 700 x 103 cal x 1.480 J/cal =1036 x 103 J
la altura h = Q/mg = (1036 x 103 J)/(80 kg)(9.81 m/s2) = 1,320 m.

3. El agua en la parte superior de las cataratas del Niágara tiene una
temperatura de 10°C. Si ésta cae unadistancia total de 50 m y toda su energía
potencial se emplea para calentar el agua, calcule la temperatura del agua en
el fondo de la catarata.
Solución:
Energía potencial: Ep = mghCalor absorbido por el agua para elevar su temperatura: Q = mCΔT
La energía potencial se transforma en calor: Ep = Q
mCΔT = mgh
ΔT = gh/C = (9.81 m/s2)(50 m)/4186 J/kg oC) = 0.117 oCTf – Ti = 0.117
Tf = Ti + 0.117 = 10.117 oC

Capacidad calorífica, calor específico y calor latente
4. ¿Cuántas calorías de calor son necesarias para aumentar la temperatura de
3.0 kgde aluminio de 20°C a 50°C.
Solución:
Q = mCAlΔT = (3000 g)(0.215 cal/g oC)(50 oC – 20 oC) = 19,350 calorías.
5. La temperatura de una barra de plata aumenta 10.0°C cuando absorbe 1.23kJ de calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico de
la plata.
Solución:
Q = mCHgΔT
Despejando CHg
CHg = Q/mΔT = (1230 J)/(525 g)(10 oC) = 0.234 J/g oC