Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 1, 2, 3, ¿Que tipo de enerxía ten un anaco de xeo a º0 C? ¿Terá máis ou menos enerxía desa clase a – 10 ºC? 1 Toda a materia ten enerxía interna U, un anaco de xeo, a 0ºC tamén. Como a U depende de o tipo de substancia, da masa e da Temperatura : A menos temperatura terá menos enerxía interna Segundo a teoría cinética ¿cal será a temperatura do espacio baleiro? 2 Nun espacio baleiro, sen partículas, non podemos falar da enerxía cinética das partículas e polo tanto tampouco da temperatura. T =0 K ¿Cres que existe un limite superior de temperaturas? 3 A temperatura depende da enerxía cinética que a súa vez depende da masa e da velocidade. Si existe unha velocidade máxima para as partículas 300.000.000m/s, pero non existe un valor máximo para a masa así que non podemos poñer un límite superior á enerxía cinética e polo tanto tampouco á temperatura

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 4, 5 Na aula pechada hai un termómetro que indica unha temperatura de 20 ºC ¿Que temperatura teñen as mesas e as cadeiras ó cabo dun tempo? 4 A aula pechada está en equilibrio térmico cos obxectos que a forman. Todo no seu interior estará a 20ºC 5 Na mesma aula da actividade anterior ¿estás ti en equilibrio térmico co contorno? ¿Por que? A temperatura corporal é superior a 20ºC, e a tendencia é a igualarse, pero: o osíxeno que respiramos queima nas células os hidratos de carbono procedentes da alimentación producindo enerxía, para manter a temperatura do corpo constante. Temos unha capa de graxa baixo a pel, e levamos roupa que illa gran parte da superficie do corpo para retardar o equilibrio térmico co exterior. Se a inmersión nun fluído a baixa temperatura se prolonga, prodúcese a morte por hipotermia.

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 6, 7 ¿Que temperatura é maior: -10 ºC ou 263 K ? 6 -10ºC e 263K indican a mesma temperatura, medida con diferentes escalas A que temperaturas corresponden, na escalas Fahrenheit, a fusión e a ebulición da auga ? 7 A temperatura de fusión da auga, 0ºC expresada en graos Fahrenheit é A temperatura de ebulición da auga, 100ºC en graos Fahrenheit é

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 8, 9, 10 Nun producto alimenticio indicase que 100g, de producto teñen un valor enerxético de 380 kcal.¿ Cal é o valor enerxético en joules? 8 Un gas quéntase achegando unha cantidade de calor de 5 000 J e el realiza un traballo de 2 000 J ¿Que variación de enerxía interna experimenta? 9 O calor absorbido polo sistema é positivo, e o traballo realizado é negativo ΔU = Q + T =5.000 J + (-2000 J) = 3.000 J ¿Por que te-la sensación ó tocar un metal de que a súa temperatura é menor cá do seu contorno? 10 Porque os metais conducen ben o calor, de maneira que ao tocalos, a transferencia de enerxía é moito máis rápida que a que ten lugar co aire

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 11, 12, 13 ¿Que fenómeno explica o secado da roupa ou do piso despois de lavala ou fregalo? 11 A evaporación Que cantidade de enerxía hai que transferir a 1kg, de auga para que pase de 60ºC a 120ºC ? 12 M= 1 kg Tf = 393 K T0 = 333 K Ce = 4180 J/kg.K Q1 = 1 kg. 4180J/kgK .(373 K - 333 K)=167200J Q2 = m.L=1kg.2257000J/kg= 2257000J Q3 = 1 kg. 4180J/kgK .(393 K - 373 K)=83600J Q = 2507800 J Unha viga de ferro de 22,5 m, de lonxitude a 20ºC, ¿que variación experimentara na súa lonxitude cando estea a 40ºC? ¿e a -10C? 13 Ferro α=1´17.10-5 L0=22’5 m ΔT =20C=20K ΔL= 22’5 m. 1’17.10-5K-1 .20K= 5,2.10-3m ΔL= 22’5 m. 1’17.10-5K-1.(-30)K= -7,8.10-3m contráese 7,8mm

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 14, 15 Unha maquina térmica traballa da seguinte maneira cada 150 000 J de calor que absorbe, cede ó contorno 105 000 J ¿Que traballo é capaz de desenvolver? ¿Cal é o seu rendemento? 14 T = Q1 – Q2 = 45000 J rendemento = 30 % 15 Nun calorímetro temos 250 g de auga a 60ºC. Introducimos 100 g de xeo a 0ºC. ¿Cal será a temperatura do equilibrio, sabendo que funde todo o xeo? Datos m(kg) Tfinal(K) Tinicial(K) ΔT (K) Ce(J/kg.K) L(J/kg) Xeo 0´1 T 273 T-273 334400 auga 0´25 333 T-333 4180 (m.ce .ΔT)auga + (m.Lf + m. Ce. ΔT)xeo = 0 0´25 kg.4180J/kg.K (Tf- 333K) + 0´1kg.334400J/kg + 0´1kg.4180J/kg.K (Tf –273K) = 0 1045T J/K – 347985 J + 33440 J + 418T J/K – 114114 J = 0 1463T J/K = 428659 J T = 293 K

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 16, 17 Observa e comenta as diferencias que hai entre un termómetro de mercurio e o termómetro clínico tamén de mercurio, que se utiliza para coñece-la temperatura corporal 16 A escala dun termómetro ambiental é -20ºC a 50ºC mentres que a escala dun termómetro clínico é 35ºC a 43ºC ¿Por que cando che miden a temperatura corporal , con termómetro clínico de mecurio debes mantelo posto uns cinco minutos? 17 Considera cinco minutos o tempo mínimo preciso para acadar o equilibrio térmico

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios:18, 19 Construímos un termómetro de alcol, Introducímolo en auga con xeo, e marcámo-lo cero no termómetro. A continuación introducímolo en auga en ebulición e marcamo-lo 100 . Dividímo-lo intervalo entre ámbalas marcas en cen partes iguais: a)A escala que resulta ¿e Celsius? b)Os graos de esta escala ¿son centígrados? c)A lonxitude de cada un dos cen intervalos marcados, ¿seria igual que se construímo-lo termómetro con mercurio? 18 a) A escala Celsius b) Si por estar dividido en cen partes c) No, a dilatación do mercurio é diferente á do alcol Expresa as seguintes medida da temperatura en Kelvin: -15ºC, -72 ºC, 8 ºF 19 a) T(K) = T(C) + 273 = -15ºC + 273 =258K b) T(K) = T(C) + 273 = -72ºC + 273 = 201 K c) 8 F = -13´3ºC = 259´7K

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 20, 21 Expresa as seguintes medidas da temperatura en grados Celsius: 250 K, 300K , 75ºF 20 T(C) = T(K) - 273 = 250K-273 = -23 C T(C) = T(K) - 273 = 300K -273 =27 C c) 75F = 22,2 C 21 Un anaco de xeo a -25 ºC quéntase ata que a súa temperatura acada os -5 ºC a) Calcula o incremento da temperatura b) Expresa as temperaturas en Kelvin c) Calcula o incremento da temperatura en Kelvin. Dato : Ce xeo = 2 100 J kg -1 ºC -1 ΔT = - 5 – (-25) = 20 C T1 = -5 + 273 = 268 K T2= -25 + 273 = 248 K c) ΔT = 268 K - 248 K = 20K

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 22, 23 (a) (b) t(min) T(ºC) 22 A quentar por igual a mesma cantidade de dúas sustancias diferentes partindo da mesma temperatura, obtémo-las seguintes gráficas. ¿Cal das dúas ten maior calor especifica? A substancia “a” é a de maior calor específico porque necesita mais calor que “b” para aumentar nun grado a súa temperatura Realiza os seguintes cambios de unidades. Expresa en J kg -1 ºC -1 a calor específica da auga que vale 1 cal g-1 ºC-1 Expresa en J /kg a calor latente de fusión do xeo, que é Lf = 80 cal/g. Dato 1 cal = 4,18 J 23

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 24, 26 Un gas encóntrase encerrado nun pistón, sobre el realizamos un traballo de 200J de forma que a súa enerxía interna, ΔU aumenta en 50 J ¿Que cantidade de calor transfire o gas do pistón ó contorno? 24 ΔU = Q + T 50 J = Q + 200 J Q = -150 J perdido polo sistema Baixámo-la temperatura de certa masa de etanol de 20 ºC a 4 ºC, transferindo unha cantidade de calor ó contorno Q = 9 800J. ¿Que masa de etanol tiñamos? Dato: Ce etanol = 2 450 J kg -1 ºC -1 26 T 0= 20ºC Tf= 4ºC ΔT = -16ºC Q = -9800J ce etanol= 2450J.kg-1.ºC-1 Q = m.ce. ΔT

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 27, 28 Nun calorímetro temos 250 g de etanol a 17ºC. Intróducense 100 g de auga a 60ºC. Calcula a temperatura do equilibrio Representa os procesos da auga e do etanol nun mesmo diagrama temperatura-tempo 27 Etanol 250g 2450J.kg-1.ºC-1 T 0= 17ºC Tf= T ΔT = T -17ºC Auga 100g 4180J.kg-1.ºC-1 T 0= 60ºC Tf= T ΔT = T - 60ºC Qetanol + Qauga = 0 (m.c. ΔT)etanol + (m.c. ΔT)auga = 0 0`25kg .2450J.kg-1.ºC-1.(T -17ºC) + 0´1kg.4180J.kg-1.ºC-1 (T-60ºC)= 0 612 J.ºC-1.(T -17ºC) + 418J.ºC-1 (T-60ºC)= 0 T = 34´4ºC ¿ Que cantidade de enerxía hai que transferir a 5 g de cobre sólido, que se encontra á súa temperatura de fusión, para fundilo completamente?. 28 Q = m.Lf =5.10-3kg . 134000J/kg = 670 J

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 29, 30 Unha viga de aluminio mide 6 m a 25 ºC . Se as temperaturas extremas da zona onde está colocada son Tmin= -10 ºC e T max= 45ºC, ¿entre que lonxitudes pode oscila-lo tamaño da viga ? 29 l 0= 6m α =2´3.10-5 T0= 25ºC ΔT = -10 – (25) = -35C ΔL =l0.α.ΔT = -4´83.10-3m ΔT = 45 – (25) =20C ΔL =l0.α.ΔT = 2´76.10-3m Durante un viaxe os pneumáticos dun coche quecen ¿Que sucede coa enerxía interna do aire que conteñen? ¿ e con a presión? 30 O aumento de temperatura da lugar a un aumento da enerxía interna, e tamén da presión

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 31 31 ¿Por qué existe un límite inferior de temperaturas? Se a temperatura é unha medida do movemento das partículas, cando estean en repouso terán a menor temperatura posible. (Situación imposible de acadar) 43 Nun calorímetro hai 100g de xeo a -15ºC, introdúcense

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 43 43 Xeo: m=0´1kg T 0= 258K Tf =T Auga: m=0´3 kg T0= 353K Tf =T Qxeo + Qauga = 0 (m.c. ΔT + m.Lf +m.c. ΔT )xeo + (m.c. ΔT)auga = 0 (m.c. (273-258K) + m.Lf +m.c. (T- 273K) )xeo + (m.c. (T-353K))auga = 0 0´1kg.2090J.kg-1.K-1.(15K) + 0´1kg.334400J.kg-1 + 0´1kg.4180J.kg-1K-1.T - 0´1kg.4180J.kg-1.K-1 .273K + 0´3kg.4180J.kg-1K-1(T-353K) = 0 3135J +33440J + 418JK-1.T - 114114J +1254J.K-1(T-353K) = 0 3135J +33440J - 114114J -442662J + 418T J.K-1 +1254T J.K-1 = 0 1672T J.ºK-1 = 520201J T =311K

Transferencia de enerxía: calor 6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química 4.º ESO Exercicios: 51 51 Xeo: m=0´04kg T 0= 263K Tf =T Auga: m=0´25 kg T0= 363K Tf =T Vapor: m=0´1kg T0=373K Tf=T Qxeo + Qauga + Qvapor = 0 (m.c. ΔT + m.Lf +m.c. ΔT )xeo + (m.c. ΔT)auga + (m.Le +(m.c.ΔT)vapor = 0 XEO (m.c. (273-263K)=0´04... 2090...10...= 836J m.Lf = 0´04...334400...=13376J m.c. (T- 273K) =0´04...4180...(T-273)...=167...(T-273)..=167T..- 45591J AUGA m.c. (T-363K) =0´25..4180...(T-363)...=1045T.. – 379.335J VAPOR m.Lv =0´1..2257000... =225.700J desprendidos por o sistema, o número tan alto indica que pode quentar o que foi xeo, e a auga ata 100C. Xeo: 836 + 13376 + 0´04. 4180. 100 =836+13376+16720=30.932J Auga: 0´25. 4180. 10=10.450J con 41382J teríamos a mestura a 100ºC Para obter 41382 J terían que condensar: 41382J=m.Lv =m. 2.257.000J/kg de donde m=0´018kg = 18g condensaron resultando ao final 40+250+18=308g de auga e 100-18=82g de vapor, todo a 373 K