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Equilibro trmico

Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenan diferentes temperaturas. Al igualarselas temperaturas se suspende el flujo de calor, y el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio trmico.

Por ejemplo, si pone tienes un recipiente con agua caliente, y otro con agua fra, a travs de sus paredes se establecera un flujo deenerga calorfica, pasado un tiempo, la temperatura del agua en ambos recipientes se igualar (por obra de las transferencias decalor, en este caso del agua ms caliente a la ms fra, tambin por contacto con el aire del medio ambiente y por evaporacin),pero el equilibrio trmico lo alcanzarn cuando ambas masas de agua estn a la misma temperatura.

La cantidad de calor (Q) que gana o pierde un cuerpo de masa (m) se encuentra con la frmula

Donde:

Q es la cantidad de calor (que se gana o se pierde), expresada en caloras.

m es la masa del cuerpo en estudio. Se expresa en gramos

Ce es el calor especfico del cuerpo. Su valor se encuentra en tablas conocidas. Se expresa en cal / gr C

t es la variacin de temperatura = Tf T0. Lase Temperatura final (Tf) menos Temperatura inicial (T0), y su frmula es

Hasta aqu hemos hablado siempre de igualar temperaturas y ello nos lleva a concluir que a los cuerpos no se les puede asignaruna cantidad de calor. Lo que realmente tiene sentido son los intercambios de calor que se deben a las diferencias detemperaturas que existen entre los cuerpos que estn en contacto.

Ver: PSU: Fsica, Pregunta 14_2005(2)

A continuacin, desarrollemos algunos ejercicios que nos ayudarn a comprender la materia expuesta:

Ejercicio 1)Cul ser la temperatura de una mezcla de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius y 50 gramos de agua a 40 grados Celsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorfica especfica del agua: 1 cal/gr C

El agua que est a 20 C ganar temperatura

El agua que est a 40 C perder temperatura

Sabemos que para conseguir el equilibrio trmico (igualar las temperaturas) la cantidad de calor ganada por un cuerpo debe serigual a la cantidad de calor perdida por el otro.

Entonces:

para los 50 gr de agua a 20 C tendremos Q1 (cantidad de calor ganada)

reemplazamos los valores y queda

(cantidad de calor ganada)

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para los 50 gr de agua a 40 C tendremos Q2 (cantidad de calor perdida)

(cantidad de calor perdida)

Como Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)

Entonces:

Respuesta: La temperatura de equilibrio es 30 grados Celcius

Ejercicio 2)Cul ser la temperatura final de una mezcla de 100 gramos de agua a 25 grados Celsius con 75 gramos de agua a 40 gradosCelsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorfica especfica del agua: 1 cal/gr C

Los 100 gr de agua que estn a 25 C ganarn temperatura

Los 75 gr de agua que estn a 40 C perdern temperatura

Sabemos que Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)

Entonces

Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de la mezcla es 31,43 C.

Ejercicio 3)Cul ser la temperatura final de 50 gramos de agua a 20 grados Celsius cuando se sumergen en ella 110 gramos de clavos deacero a 40 grados Celsius?

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorfica especfica del agua: 1 cal/gr C

Capacidad calorfica especfica del acero: 0,12 cal/gr C

Los 50 gr de agua que estn a 20 C ganarn temperatura

Los 110 gr de clavos que estn a 40 C perdern temperatura

Sabemos que Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)

Entonces

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Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de los clavos en el agua ser de 24,177 C.

Ejercicio 4)En 300 gramos de agua a 180 grados centgrados se introducen 250 gramos de hierro a 200 grados centgrados, determinar latemperatura de equilibrio.

Desarrollo:

Datos:

Capacidad calorfica especfica del agua: 1 cal/gr C

Capacidad calorfica especfica del hierro: 0,113 cal/gr C

Los 300 gr de agua que estn a 180 C ganarn temperatura

Los 250 gr de hierro que estn a 200 C perdern temperatura

Sabemos que Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)

Entonces

Respuesta: El agua y el hierro sumergido en sta quedarn a 181,72 C.

Ver: PSU: Fsica; Pregunta 12_2005(2)

Ver: Cantidad de calor

Es propiedad: www.profesorenlinea.cl - Registro N 188.540

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