Ejercicios Resueltos de Termodinámica y Calorimetría

Fundamentos Teóricos

Las ecuaciones fundamentales utilizadas en estos procesos son:

• Calor sensible: Q = mc(T_f - T_i)
• Equilibrio térmico: -Q_cedido = Q_absorbido
• Calor latente de vaporización: Q_v = mL_v (L_v = 540)
• Calor latente de fusión: Q_f = mL_f (L_f = 80)
• Conversión: 1 [cal] = 4.18 [J]
• Primera Ley de la Termodinámica: (U_f - U_i) = Q - W

Resolución de Problemas

Datos Experimentales

Tabla de valores: Q = 0, 18.8, 42.9, 57.4, 76.7 [cal]; T = 26.1, 30, 35, 37, 42 °C; m = 37.1 g.

Ejercicios Propuestos

• 2. Determinar calor específico: ¿La sustancia es H₂O? Respuesta: 0.13 [cal/g°C]. Cálculo: 76.7 = 37.1 · c · (42 - 26.1).
• 3. Energía cinética media: Calcular a 35°C (308 K). E_c = 3/2 kT (k = 1.4x10^-23). Respuesta: 6.468x10^-21 [J].
• 4. Variación de energía interna: (U_f - U_i) = 76.7 - 0. Respuesta: 320.61 [J].
• 5. Cambio de fase: Cantidad de hielo derretido con el calor suministrado. Q_f = mL_f. Respuesta: 0.96 g.
• 6. Anulada.
• 7. Equilibrio térmico con cobre: Muestra de 75g, T_i = 12°C, Q = 2092.5 [cal]. Mezcla con 220g de H₂O y recipiente (50g, c.e = 0.22). Respuesta: 2.5°C.
• 8. Transformación de hielo a vapor: 20g de hielo (c.e = 0.4) de -25°C a vapor a 120°C. Respuesta: 62700 [J].
• 9. Termo de aluminio: Masa 100g, 250g de agua a 10°C. Se añaden cobre (50g a 80°C) y sustancia 2 (70g a 100°C). Equilibrio a 20°C. Respuesta: 0.43 [cal/g°C].
• 10. Trabajo realizado: Gas absorbe 200 [J], energía interna aumenta 150 [J]. (U_f - U_i) = Q - W. Respuesta: -50 [J].
• 11. Comportamiento molecular: Sistema absorbe 150 [J] y realiza trabajo de 150 [J]. Significa que la energía interna es 0 [J]; las moléculas conservan su energía cinética sin aumentar su temperatura.
• 12. Análisis de cocción: A la temperatura de ebullición del agua, el calor se consume en el cambio de fase (evaporación), por lo que la temperatura no aumenta, afectando el tiempo de cocción.