2013-1 1

Practica 06: Calor y cambios de fase

1. Un tanque de 3L contiene aire a 3 atm y20 oC. El tanque se sella y enfra hastaque la presion es de 1 atm. a) Que tem-peratura tiene ahora el gas en grados Cel-sius? Suponga que el volumen del tan-que es constante. b) Si la temperatura semantiene en el valor determinado en elinciso a) y el gas se comprime, que vo-lumen tendra cuando la presion vuelva aser de 3 atm?

2. El volumen pulmonar total de una estu-diante de fsica es de 6 L. Ella llena suspulmones con aire a una presion absolutade 1 atm y luego, deteniendo la respira-cion, comprime su cavidad toracica parareducir su volumen pulmonar a 5.7 L. Aque presion esta ahora el aire en sus pul-mones? Suponga que la temperatura delaire no cambia.

3. Un buzo observa una burbuja de aire quesube del fondo de un lago (donde la pre-sion absoluta es de 3.50 atm) a la super-ficie (donde es de 1.00 atm). La tempe-ratura en el fondo es de 4.0 oC, y en lasuperficie, de 23.0 oC. a) Calcule la razonentre el volumen de la burbuja al llegar ala superficie y el que tena en el fondo. b)Puede el buzo detener la respiracion sinpeligro mientras sube del fondo del lagoa la superficie? Por que?

4. Se calienta balines de cobre, cada unocon una masa de 1g, a una temperatu-ra de 100 C. Cuantos balines se debenagregar a 500g de agua inicialmente a20 C para que la temperatura final deequilibrio sea de 25 C?(desprecie la ca-pacidad calorfica del contenedor)ccobre =300J/kg.K

5. Tratando de mantenerse despierto pa-ra estudiar toda la noche, un estudian-te prepara una taza de cafe colocandouna resistencia electrica de inmersion de

200 W en 0.320 kg de agua. a) Cuantocalor debe agregarse al agua para elevarsu temperatura de 20.0 C a 80.0 C?b) Cuanto tiempo se requiere? Supongaque toda la potencia se invierte en calen-tar el agua.

6. Imagine que le dan una muestra de me-tal y le piden determinar su calor es-pecfico. Pesa la muestra y obtiene unvalor de 28,4 N. Anade con mucho cui-dado 1, 25 104 de energa calorfica a lamuestra, y observa que su temperaturaaumenta 18,0 C. Que calor especficotiene la muestra?

7. Perdida de calor al respirar. Cuandohace fro, un mecanismo importante deperdida de calor del cuerpo humano es laenerga invertida en calentar el aire queentra en los pulmones al respirar. a) Enun fro da de invierno cuando la tem-peratura es de -20 C, cuanto calor senecesita para calentar a la temperaturacorporal (37 C) los 0.50 L de aire inter-cambiados con cada respiracion? Supon-ga que la capacidad calorfica especficadel aire es de 1200 J/kg.K y que 1,0 Lde aire tiene una masa de 1, 3 103 kg.b) Cuanto calor se pierde por hora si serespira 20 veces por minuto?

8. Un tren subterraneo de 25000 kg viajainicialmente a 15,5 m/s y frena para de-tenerse en una estacion; ah permaneceel tiempo suficiente para que sus frenosse enfren. Las dimensiones de la estacionson 65,0 m de largo, 20,0 m de ancho y12,0 de alto. Suponiendo que todo el tra-bajo para detener el tren que realizan losfrenos se transfiere como calor de mane-ra uniforme a todo el aire en la estacion,en cuanto se eleva la temperatura delaire en la estacion? Tome la densidad delaire como 1,20 kg/m3 y su calor especfi-co como 1020 J/kg.K.

Fsica General 2 - Ingeniera Industrial Departamento de Ciencias

2013-1 2

9. Un calormetro de aluminio con una ma-sa de 100g contiene 250g de agua. Estanen equilibrio termico a 10 C. Se colocana dos bloques de metal en el agua. Unoes una pieza de 50g de cobre a 80 C. Laotra muestra tiene una masa de 70g a unatemperatura de 100 C. Todo el sistemase estabiliza a una temperatura final de20 C. (a) Determine el calor especficode la muestra desconocida. (b) Determi-ne que material puede ser, usando tablasde textos.

10. Un alambre de cobre de 200m absorbe150 cal. Si su masa es de 40g. Cuales la variacion de longitud que ha sufri-do? (cobre = 17 106 oC) y (ccu =0, 09 cal/g.oC)

11. Un recipiente abierto con masa despre-ciable contiene 0,550 kg de hielo a 215,0C. Se aporta calor al recipiente a una

tasa constante de 800 J/min durante 500min. a) Despues de cuantos minutos co-mienza a fundirse el hielo? b) Cuantosminutos despues de iniciado el calenta-miento, la temperatura comienza a ele-varse por encima de 0,0 C? c) Dibujeuna curva que indique la temperatura enfuncion del tiempo transcurrido.

12. Calefaccion con agua caliente o convapor. En un sistema casero de calefac-cion por agua caliente se alimenta aguaa 70,0 C (158,0 F) a los radiadores, dedonde sale a 28,0 C. El sistema se va areemplazar por uno de vapor de agua, en

el que el vapor a presion atmosferica secondensa en los radiadores, saliendo deestos a 35,0 C (95,0 F). Cuantos kilo-gramos de vapor suministraran la mismacantidad de calor que suministraba 1,00kg de agua caliente en el primer sistema?

13. Un calormetro de cobre con masa de0,446 kg contiene 0,0950 kg de hielo. Elsistema esta inicialmente a 0 C. a) Sia la lata se agregan 0,0350 kg de vaporde agua a 100 C y 1,00 atm de presion,que temperatura final alcanzara la latadel calormetro y su contenido? b) A latemperatura final, cuantos kilogramoshabra de hielo, cuantos de agua lquida ycuantos de vapor?

14. Un recipiente de espuma de poliestirenode masa insignificante contiene 1,75 kgde agua y 0,450 kg de hielo. Mas hielo,proveniente de un refrigerador a -15,0 C,se agrega a la mezcla en el recipiente, ycuando se alcanza el equilibrio termico,la masa total del hielo en el recipientees de 0,778 kg. Suponiendo que no hayintercambio de calor con los alrededores,cual es la masa de hielo que se agrego?

15. En un recipiente de masa despreciable, seagregan 0,0400 kg de vapor de agua a 100C y presion atmosferica a 0,200 kg de

agua a 50,0 C. a) Si no se transfiere calorcon el entorno, que temperatura final al-canzara el sistema? b) A la temperaturafinal, cuantos kilogramos hay de vaporde agua y cuantos de agua lquida?

Fsica General 2 - Ingeniera Industrial Departamento de Ciencias