Imagine que tiene hierro, vidrio y agua, 1 kg de cada uno, y que las tres muestras están a 10°C. A) Clasifique las muestras de menor a mayor temperatura después de agregar 100 J de energía a cada muestra. B) Clasifique las muestras de menor a mayor cantidad de energía transferida mediante calor si cada muestra aumenta en temperatura 20°C.
En resumen
Respuestas : 1 - Orden de menor a mayor temperatura Agua ( 283. 02 K) Vidrio ( 283. 13 K) Hierro ( 283.
Respuestas :
1 -
Orden de menor a mayor temperatura
Agua ( 283.
02 K)
Vidrio ( 283.
13 K)
Hierro ( 283.
22 K)
2 -
Orden de menor a mayor transferencia de calor :
Hierro ( Q = 9000 J)
Vidrio ( Q = 15060 J)
Agua ( Q = 83720 J)
Explicación :
Para resolver este problema aplicaremos la ecuación de
transferencia de calor : Q = m·Cp· (T2 - T1)
(1)
Donde : Q = transferencia de calor.
M = masa.
Cp = Poder calorífico.
T2 - T1 = Delta de temperatura entre temperatura final e
inicial.
Dada la ecuación anterior se necesitan los Cp de cada
material.
Vienen dado por los siguientes valores :
Cp agua = 4186 J / Kg·K
Cp Hierro = 450 J / Kg·K
Cp vidrio = 753 J / Kg·K
Para la pregunta 1, tenemos el Calor ( Q = 100 J ), temperatura
inicial ( 10ºC = 283 K), los Cp de cada
material y su masa.
Aplicamos la ecuación (1) y obtenemos la T2.
De la ecuación (1) depesjamos T2, obteniendo : T2 = Q / Cp·m + T1
(2)
Aplicando la ecuación 2 para el hierro, vidrio y agua, tenemos que :
T2 hierro =
(100J) / (450J / Kg·K)·(1Kg) + 283 K = 283.
22 K
T2 vidrio =
(100J) / (753J / Kg·K)·(1Kg) + 283 K =
283.
13 K
T2 agua = (100J) / (4186J / Kg·K)·(1Kg) + 283
K = 283.
02 K
Obteniendo un orden de menor a mayor temperaturade : Agua – Vidrio –
Hierro
Para encontrar la transferencia de calor aplicamos la
ecuación (1) sabiendo que T2 - T1 = 20 ºC :
Q hierro = (450 J / Kg·K) · 1Kg · 20 K = 9000 J
Q agua = (4186 J / Kg·K) · 1Kg · 20 K = 83720 J
Q vidrio = (753 J / Kg·K) · 1Kg · 20 K = 15062 J
Ordenando los materiales de menor a mayor transferencia de
calor, tenemos : Hierro - Agua - Vidrio
Nota : El poder calorífico, es un valor obtenido a través de experimentos con el material, su valor se debe buscar en diferentes tablas termodinámicas.
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