CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 1 TPN°22 -TERMOMETRÍA -CALORIMETRÍA Parte A Selecciona la opción que corresponda 1) En un día muy frío al norte de Nueva York, la temperatura es de -25°C, la cual es equivalente a ¿qué temperatura en °F? a) -46°F b) -77°F c) 18°F d) 298°K e) -13°F 2) 86º F equivalen a: a. 22 ºC b. 30 ºC c. 62 ºC d. 86 ºC e. 270 ºC 3) Si 204cal se suministran a 100g de agua a 120°C y a la presión normal, la temperatura del agua será: a) 100°C b) 122.4°C c) 104.8°C d) 102.64°C e) 96.84°C 4) Para convertir 10g de agua a 20°C en vapor a 100°C hay que suministrar: a) 800cal b) 1000cal c) 5390cal d) 6190cal e) 840cal 5) Una varilla de cobre de 1m de longitud se calienta incrementado su temperatura en 10°C. La variación de su longitud será. a) 0.14m b) 1.4x10-4m c) 1.4m d) 1.00014m e) 1.10m 6) Si cierta cantidad de agua cae desde 10m y toda la energía potencial se convierte en calor al chocar con el suelo, el aumento de temperatura que sufre el agua es: a) Faltan datos b) 410°C c) 23.4°C d) 98°C e) 100°c CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 2 7) La capacidad calorífica de un cuerpo de 2kg que aumenta su temperatura en 20°C cuando se le suministran 4184J es: a) 40000 cal/°C b) 10 cal/°C c) 50 cal/°C d) 200 cal/°C e) 4000 cal/°C 8) Se desea elevar la temperatura de un bloque de aluminio (calor específico 0,2l2 cal/g. º C) de 240 g de 30º C a 55º C. La cantidad de calo que debe suministrarse es: a) 2120 cal b) 1686 cal c) 1271 cal d) 384 cal e) 127 cal 9) ¿Qué longitud tendrá, a 70º C, una varilla de hierro (coeficiente de dilatación lineal 0,000012º C-1), cuya longitud a 20º C es de 40 cm?: a) 40 cm b) 40,024 cm c) 41,032 cm d) 42,21 cm e) 402,4 10) Un cubo de latón (coeficiente de dilatación lineal 0,000019 º C-1) tiene una longitud de 33,2 cm de lado a 20º C. El aumento del área superficial y el aumento del volumen cuando se calienta a 75º C son respectivamente: a) 1,15 cm2 y 38,24 cm3 b) 3,14 cm2 y 74,48 cm3 c) 0,70 cm2 y 3,46 cm3 d) 0,84 cm2 y 2,30 cm3 e) 13,82 cm2 y 114,72 cm3 11) En un recipiente que contiene 500 g de agua a 18º C se deja caer un bloque de cobre (calor específico 0,094 cal/g º C) de 364 g que se encuentra inicialmente a 120º C de temperatura, ¿Cuál es la temperatura de equilibrio si se desprecia el calor absorbido por el recipiente? a) 6,76º C b) 8,56º C c) 24,53º C d) 36,20º C e) 48,27º C 12) Teniendo en cuenta los conceptos de calor y temperatura, ¿Cuál de las siguientes proposiciones es correcta? a) Siempre que un cuerpo recibe calor aumenta su temperatura CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 3 b) Dos cuerpos de distinto material de igual masa que están sometidos a la misma diferencia de temperatura siempre absorben igual cantidad de calor c) Una sustancia que tiene mayor calor específico que otra tiene mayor resistencia a cambiar de temperatura d) Un cuerpo contiene cierta cantidad de calor e) La temperatura de un cuerpo se puede medir en joules 13) Al tomar la temperatura a un paciente, un médico solamente dispone de un termómetro graduado en grados Fahrenheit. Para prevenirse, previamente realiza algunos cálculos y marca en el termómetro la temperatura correspondiente a 42º C (temperatura crítica del cuerpo humano). ¿En qué posición de la escala de su termómetro marcó él esa temperatura? a) 106.2 b) 107.6 c) 102.6 d) 180.0 e) 104.4 14) Dos termómetros, uno Fahrenheit exacto y uno Celsius inexacto, se introducen en un líquido. Si el termómetro Fahrenheit indicara 140º F y el Celsius 56º C, el porcentaje de error cometido en la medición con el termómetro Celsius será de: a) 6.7 % b) 10 % c) 15 % d) 16.8 % e) 25 % 15) Se midió la temperatura de un cuerpo, utilizando dos termómetros: uno calibrado en la escala Celsius y otro calibrado en la escala Fahrenheit. Para nuestra sorpresa, se comprobó que los dos termómetros marcaban numéricamente la misma temperatura, después de la medición. ¿Cuál de las opciones siguientes es la correcta? a) Los termómetros marcaban -40º b) Los termómetros marcaban +40º c) Los termómetros marcaban -32º d) Los termómetros marcaban +32º e) Los termómetros solamente podían estar averiados, porque la situación descrita en el texto es físicamente imposible. 16) Una placa de dimensiones 10 x 20 x0.5 cm tiene en el centro un agujero, cuyo diámetro es de 1.00 cm, cuando la placa se encuentra a la temperatura de 20ºC. El coeficiente lineal de dilatación del metal de la placa es 20 x 10-6 (ºC-1). Cuando la temperatura es 520ºC, el área del agujero: a) Aumenta 1% b) Disminuye 1 % c) Aumenta 2% d) Disminuye 2% e) Ninguna respuesta es correcta CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 4 17) Dos esferas de cobre, una hueca y otra maciza, tienen radios iguales. Cuando ambas fueron sometidas a la misma elevación de temperatura, la relación entre el aumento de volumen externo de la esfera hueca y el aumento de volumen de la esfera maciza es: a) 1 b) 1/3 c) 1/9 d) 1/27 e) Depende del valor del diámetro interno de la esfera hueca 18) Un recipiente de hierro tiene coeficiente de dilatación lineal 12 x 10-6 (ºC)-1. Está a 0ºC y totalmente lleno de un líquido cuyo volumen es 1.20 cm3. Al calentarse el conjunto a 200º C, derraman 12.0 cm3 del líquido. El coeficiente de dilatación (volumétrica) real del líquido es: a) 17 x 10-6 (ºC)-1 b) 41 x 10-6 (ºC)-1 c) 502 x 10-6 (ºC)-1 d) 536 x 10-6 (ºC)-1 e) Un valor diferente de los anteriores. 19) En relación con la densidad del agua, la afirmación correcta es: a) En el estado líquido, a 0º C es máxima b) Mientras la temperatura disminuye desde 4º C hasta 0º C, aumenta c) A medida que la temperatura del agua disminuye, su densidad también disminuye d) A 4º C es mínima e) A la temperatura ambiente (cerca de 23ºC), es mayor que después de calentarla. 20) Tres cuerpos tienen temperaturas T1, T2 y T3 de valores: T1 = 15 ºC ; T2 = 70 ºF y T3 = 273 K. El ordenamiento de mayor a menor de estas temperaturas es: a) T1 > T2 > T3 b) T2 > T1 > T3 c) T3 > T2 > T1 d) T1 > T3 > T2 e) T2 > T3 > T1 Parte B Resuelve los siguientes problemas 1) La temperatura media de Buenos Aires es de 16.2ºC y la de Londres de 51.7ºF. ¿Cuál es la mayor y qué diferencia hay entre ambas? Rta: 2) Los puntos de fusión y ebullición, a la presión atmosférica, del alcohol etílico son -117º C y 78,5º C. Convertir esas temperaturas a la escala Fahrenheit. 3) Rta: P.E = 173º F, P.F = -179ºF CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 5 3) Los puntos de ebullición y de fusión, a la presión atmosférica, del mercurio son 675º F y -38º F, respectivamente. Expresar dichas temperaturas en unidades de la escala centígrada. 4) Rta: P.E = 357ºC y P.F = -38.9ºC. 4) La temperatura del hielo seco (de sublimación, a presión normal) es de 109º F. ¿Es más alta o más baja que la temperatura de ebullición del etano, que es de -88º C?. 5) Rta: Más alta 5) (Problema extraído del blog de Ricardo Cabrera)El volumen de agua en un tanque abierto es de 2 x 106litros ¿Qué cantidad de calor cede el agua durante una tarde en que su temperatura desciende 20°C a 18°C? Rta: Q = 4 x 109 cal 6) (Problema extraído del blog de Ricardo Cabrera)Un trozo de platino de 200g a 150°C se introduce en un recipiente adiabático que tiene 200g de agua a 50°C (cp platino = 0,032 cal/g °C). Desprecie la capacidad calorífica del recipiente. a) Responda sin hacer cuentas: ¿espera que la temperatura de equilibrio sea mayor, igual o menor que la media entre 150 y 50 ºC? Explique. b) Calcule la temperatura de equilibrio que alcanza la mezcla. c) Repita el cálculo, suponiendo que la capacidad calorífica del recipiente no es despreciable, sino que vale 20 cal/ºC. Rta: a) La temperatura final del sistema debe ser mucho más próxima a la temperatura inicial del agua que a la temperatura inicial del platino TF = 53,1 ºC TF = 52,8 ºC 7) (Problema extraído del blog de Ricardo Cabrera) a) ¿Qué cantidad de calor debe entregar un mechero para calentar 2 litros de agua de 20ºC a 21ºC? b) Si la misma variación de temperatura se quiere lograr con un dispositivo similar al utilizado por Joule en su famosa experiencia ¿Desde qué altura hay que dejar caer dos pesas, de 10 kg cada una? Desprecie la capacidad calorífica del sistema de paletas. Rta: a) Q = 2.000 cal; b) h = 41,8 m 8) (Problema extraído del blog de Ricardo Cabrera) Si se calientan 200 g de estaño sólido, inicialmente a 82ºC, su temperatura varía con el calor entregado como se indica en el gráfico adjunto. Calcule: a) El calor específico del estaño sólido y su calor latente de fusión. b) ¿Cuál es el estado del estaño cuando se le han entregado 3.000 cal? Rta: a) cSn = 0,054 cal/gºC; b) ml = 100g CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 6 9) Se enfrían 50 g de aluminio hasta 50º C, desprendiéndose en el proceso 500 cal. ¿Cuál es la temperatura inicial a la que se encontraba el aluminio? Dato: calor específico del aluminio 0,212 cal/gº C. Rta: 10) ¿Qué cantidad de calor se debe suministrar a 100g de hielo (calor específico 0,550 cal/g. º C) a -10ºC para convertirlos en vapor de agua (calor específico 0,45 cal/g. º C) a 110º C en condiciones normales? 11) A una muestra de 100 g de una sustancia en estado sólido, inicialmente a 10 grados bajo cero (-10º C), se le entrega calor. El gráfico indica la temperatura de la muestra en función del calor absorbido. T (ºC) 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q(kcal) -10 a. ¿Cuánto vale el calor específico de la muestra en estado sólido? b. ¿Cuál es el punto de fusión de la muestra? c. ¿Cuánto vale su calor de fusión? d. ¿Cuánto vale el calor específico de la sustancia en estado líquido? e. ¿Cuántos gramos de muestra están solidificados cuando se le entrega al sistema 6 kcal? f. ¿Qué temperatura tiene la muestra cuando se le entregaron 8,8kcal? g. Qué cantidad de calor es necesaria entregar al sistema desde que comienza a calentarse hasta que termine de fusionarse? h. ¿Qué cantidad de calor es necesaria entregar al sistema inicial para que su temperatura llegue a los 10º C? i. ¿Qué cantidad de calor es necesaria extraer del sistema, cuando su temperatura es de 10º C, para que llegue a (-10) º C? j. ¿Qué temperatura alcanza el sistema, si desde los 10º C, se le extraen 9,3Kcal? 12) Se mezclan 100 g de agua a 60º C con 50º C. Calcular la temperatura de equilibrio de la mezcla. Rta: 13) Se sumergen 400 g de mercurio a 60º C en 600 g de agua a 25º C. Si la temperatura de equilibrio es 25,8º C ¿Cuál es el calor específico del mercurio? Rta: CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 7 14) Una pieza de fundición (calor específico 0,115 cal/g. º C) de 40 Kg. se enfría desde 600º C hasta 80º C colocándola en agua cuya temperatura inicial era de 12º C. ¿Cuánta agua se ha empleado? Rta: 15) La temperatura de dos cubos de igual volumen, uno de hierro (ce= 0,115 cal/g. º C) y otro de platino (ce= 0,159 cal/g. º C) aumenta 10º C. Pt = 21,4 g/cm3. Fe =7,86 g/cm3. ¿Cuál de los dos absorbió más calor, y cuántas veces más? Rta: 16) A una varilla de hierro de 1 m de longitud y 1 cm2 de sección se le entregan 10kcal. = 1,21.10 -5 º C-1. ¿Cuánto aumenta su longitud? Rta: 17) Se mezclan 200g de agua a 195º F, con 120 g de agua a 284 K. ¿Qué temperatura en º C tiene la mezcla? Rta: 18) Una masa de 25 g de hielo a -15 º C se deja caer en un calorímetro de 30g (calor específico 840 J/Kg. º C) que contiene 90 g de agua a 35º C. La temperatura final de equilibrio resulta ser de 9,6 º C. Lh = 70,7 cal/g. ¿Cuál es el calor específico del hielo? Rta: 19) Una bala de plomo (calor específico 0,031 cal/g. º C) de 40 g de masa, posee una energía cinética de 8,4 J. Si al chocar contra un banco queda inmediatamente en reposo, ¿cuál será la elevación de la temperatura de la bala si no hubiese intercambio de calor con el ambiente? Rta: 20) Dado el siguiente gráfico, de 10 Kg. de sustancia, indica: a) ¿Qué clase de calor (sensible o latente) se presenta en cada tramo? b) ¿Cuál es el calor específico en los tramos I y III? c) ¿Cuál es el calor latente en el tramo II? d) ¿Qué indica la pendiente del tramo recto en los tramos I y III? Q (k cal) 6 5 III 4 3 II 2 I 1 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 T (ºC) CENTRO EDUCATIVO – Laura Gómez Leyton -CIENTIC Profesora Laura Gómez Leyton 8 21) ¿Cuál es el coeficiente de dilatación lineal del aluminio, sabiendo que una barra de ese metal a 0ºC mide 2 m y a 100ºC experimenta un aumento de 4,76 mm? Rta: 0,00002381ºC 22) Un eje de acero tiene un diámetro de 10,000 cm a 30º C. Calcular la temperatura que deberá existir para que encaje perfectamente en un agujero de 9,997 cm de diámetro. El coeficiente de dilatación lineal del acero es de 11 10 -6 (ºC) -1. Rta: 2.7º C 23) Calcular el aumento de longitud de una barra de cobre de 500 cm de largo cuando se calienta desde 12º C a 32º C. El coeficiente de dilatación lineal del cobre es 17 10 -6 (ºC) -1. Rta: 0.17 cm. 24) Una varilla de 3m de longitud se alarga 3 mm al elevar su temperatura en 100º C. Hallar el coeficiente de dilatación lineal. Rta: 10-5 (º C)-1. 25) Hallar el aumento de volumen que experimentan 100 cm3 de mercurio cuando su temperatura se eleva de 18º C a 35º C. El coeficiente de dilatación cúbica es de 18 10-5 (ºC)-1. Rta: 26) Se tiene un trozo de hielo de 1 kg a una temperatura de -40 °C a) ¿Cuánto calor se necesita para transformarlo a vapor de agua? b) ¿Cuánto calor se necesita para transformar a vapor de agua sólo la mitad del hielo? Considere que nunca se quita parte alguna del trozo de hielo inicial, ni siquiera cuando es agua. Rta: 27) Hallar el calor que se debe extraer de 20 g de vapor de agua a 100 °C para condensarlo y enfriarlo hasta 20 °C. Rta: 28) Se tienen 500 g de un trozo de cobre a 20 °C. ¿Qué temperatura alcanza si se le extraen 10.000 cal? Rta: 29) Se mezclan 400g de agua a 80°C con 500g de alcohol a 10°C. ¿A qué temperatura queda la mezcla? Rta: 30) En un calorímetro de 300 g y c = 0,09 se tienen 200 g de alcohol a 10°C. Se echan 100 g de mercurio a 80°C. Si la mezcla quedó a 11,4°C ¿cuál es el calor específico del alcohol? Rta: