FÍSICA II. Guía De Problemas Nº4: Energía

Transcripción

1 Universidad Nacional del Nordeste Facultad de Ingeniería Deartamento de Físico-uímica/Cátedra Física II FÍSICA II Guía De Problemas Nº4: Energía 1

2 PROBLEMAS RESUELTOS 1 Hallar la energía requerida ara calentar0,454 kg de aire desde 555 ºK hasta 1110,5 ºK. a resión constante, utilizando: a) el calor esecífico variable (obtenido de tablas) donde c ( 6,71 0,001595T K, sabiendo que el eso molecular del aire es 8,96 kg/kmol, y b) el calor esecífico constante c 0,4kcal K. Cuando un sistema de masa m absorbe calor, rovocando en el mismo un incremento de temeratura dt, siendo el calor absorbido, se denomina calor esecífico a la siguiente relación: c m. dt (1) De aquí m. c. dt () De acuerdo a los datos del roblema: M = 0,454 kg ; T 1 = 555 ºK ; T = ºK ; P = cte c c a) Primeramente se determina la energía requerida ara calentar la masa m de aire cuyo eso molecular es 8,96 kg/kmol, cuando el calor esecífico, obtenido de tablas, viene dado or la exresión c ( 6,71 0,001595T K m T or lo tanto de (): (6,71 0,001595T K. dt 67,8kcal PM T1 b) Se determina, a continuación, la energía requerida ara calentar la masa m de aire siendo el calor esecífico del mismo c 0,4kcal K De la ecuación (): m. c. 0,454kg.0,4kcal K(1110,5 555)º K 60, 5kcal - Se introduce un bloque de lomo de 00 g que está a 100ºC en 100 g de agua a 15 ºC contenida en un calorímetro de de 00 g de masa. Cuál es la temeratura final de la mezcla siendo los calores esecíficos corresondientes: c 0,00cal C, c H O 1cal C y c 0,09cal C Al introducir el lomo dentro del calorímetro, el calor cedido or el bloque, que está a mayor temeratura, es absorbido or el agua y el calorímetro de, ambos a la misma temeratura. Luego de cierto tiemo el sistema (bloque, calorímetro y agua) se encuentra en equilibrio térmico -tienen la misma temeratura final-.

3 Esquema Problema Por lo tanto: (1) y como m. c. cedido absorbido cedido m. c. donde t t final tinicial absorbido m. H O. ch O. m. c donde t final tinicialh O Por (1) : m. c. t mh O. ch O. m. c. Reemlazando los datos y desejando t final ( sabiendo que encontrarse el sistema en equilibrio térmico): t 1º C t final t t or finalh O final Un salón de clases tiene 6,1 m x 4,57 m x,66 m. Calcular a) Cuánto calor se requiere ara elevar la temeratura del aire contenido en el salón desde 15,6 ºC hasta 1,1 ºC a resión constante - densidad del aire a 15.6 ºC = 1.1 kg/m. b) Cuánto carbón, cuyo calor de combustión es de 6650 kcal/kg, tendrán que quemarse ara roorcionar el calor necesario. Considerar que la eficiencia del horno es de 5%. Según los datos del roblema las dimensiones del salón de clases son las siguientes: 6,1 m, 4,57 m y,66 el volumen será V salón 10m a) Se determina la cantidad de calor necesario ara elevar la temeratura del salón desde 15.6 ºC hasta 1.1 ºC a resión constante sabiendo que la densidad del aire es 1,1kg / m : m. c. ( V. ). c. y reemlazando valores:

4 (10m.1,1kg / m ).0,4kcal K.5,5º K 150, 8kcal Tener en cuenta que t(º C) T (º K) b) Se determina a continuación la cantidad de carbón que se debe quemar ara roorcionar la cantidad de calor necesario, sabiendo que la eficiencia del horno es de 5% y el carbón de combustión del carbón de 6650 kcal/kg: Si la eficiencia del horno es de 5% entonces la cantidad de calor real necesario ara elevar la temeratura del salón será: 150,8kcal 60, kcal 0,5 De aquí que la cantidad de carbón que se deben quemar ara roorcionar 607, kcal serán: 60,kcal cantidaddecarbón 0, 091kg 6650kcal / kg Es decir que se deben quemar 91g de carbón ara roorcionar 60, kcal y, como las érdidas son del 75%, se obtendrán realmente kcal ara incrementar la temeratura del salón 5.5 ºK. EJERCICIOS PROPUESTOS TEMA 4: PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA - ENERGÍA 1. Calcular mediante los siguientes datos las caacidades caloríficas de un átomo gramo de Al, Cu,, y Hg y comarar los resultados con los valores redichos or Dulong y Petit. Los calores esecíficos corresondientes son: Al = 0,17 cal / gr. C ; Cu = 0,09 cal / gr. C ; = 0,01 cal / gr. C ; Hg = 0,0 cal / gr. C. Los esos atómicos son Al = 6,97 gr./at ; Cu = 6,54 gr./at ; = 07,61 gr./at y Hg = 00,61 gr./at. Valor Predicho or Dulong y Petit: 6,4 cal/at C.. Una masa de hierro de 0 gr. es calentada a P=cte desde 5 C hasta 150 C. Calcular, exresando el resultado en joule, la cantidad de calor necesario ara aumentar la temeratura, sabiendo que el calor esecífico medio del hierro es c = 0,109 cal / gr. C.. Calcular: a) cuánto calor se requiere ara elevar la temeratura de 800 gr. de cobre, calor esecífico c = 0,09 cal / gr. C, desde 0 C a 80 C y b) la caacidad calorífica media del cobre en tales condiciones. 4. Una ieza de fundición que esa 50 kg es sacada de un horno a una temeratura de 500 C e introducida en un tanque que contiene 400 kg de aceite a 5 C. La temeratura final es de 8 C y el calor esecífico del aceite 0,5 kcal. / kg C. Calcular el calor esecífico 4

5 de la fundición desreciando la caacidad calorífica del tanque y todas las érdidas caloríficas. 5. Se agregaron 1000 gr. de agua hirviendo a temeratura de 100 C a una tetera de aluminio a 0 C, desués de lo cual la temeratura de ambos sistemas fue de 86 C. Calcular: a) cuánto calor absorbió el aluminio, b) la masa de la tetera. Desreciar las érdidas de calor al medio ambiente. c Al = 0,1 cal / gr ºC. 6. ué cantidad de calor exresada en calorías y en BTU se requiere ara elevar la temeratura de 150 lts de agua contenida en un deósito, desde la temeratura de 15 C hasta 60 C. Si el agua es calentada or la combustión de gas de alumbrado cuyo oder calorífico es de 5600 kcal./m, cuántos m de gas tendrán que quemarse si las érdidas son de un 0 %. Si el agua se calentara mediante un calentador eléctrico, cuántos kwh serían necesarios suoniendo que su rendimiento es igual al 100%. (1BTU = 5 cal) 7. La instalación de calefacción de una casa quema 10 Tn de carbón. Si las érdidas totales son del 15 %, cuántas kcal se utilizaron realmente ara calentar la casa?. Calcular también las dimensiones que tendría un deósito de agua que almacenara la energía calorífica suoniendo que el agua se calienta a 50 C en el verano y se enfría hasta 5 C en el invierno. Calor de combustión del carbón 6500 kcal./ kg. 5