Suponga que tiene una barra de hierro 18 kg a 85ºC que se sumerge en un recipiente aislado que contiene agua, pesa 1000 kg y esta a 16ºC y que tanto el hierro como el agua intercambian calor con el recipiente. Suponga que inicialmente el recipiente aislado se encuentra en equilibrio térmico con el agua que contiene. Con base en esta informacion determine la capacidad calorífica (en kJ/ºC) del recipiente sabiendo que una vez insertado el bloque de hierro la temperatura de equilibrio que alcanza el sistema completo es de 22.1ºC.
Cp del agua = 4.18 kJ/kg*ºC y el Cp del hierro = 0.45 kJ/kg*ºC)
(De su respuesta con dos decimales) (Utilice punto en vez de coma)
Respuestas
El recipiente que tiene agua y se coloca una barra de hierro, puede tener un calor especifico de 4263.44 kJ/ºC.
Explicación:
Para este ejercicio debemos asumir que el calor cedido por el hierro es igual al absorbido por el agua y por el recipiente, tal que:
- Q(hierro) = [Q(agua) + Q(recipiente)]
Podemos buscar el calor cedido por el hierro y el calor absorbido por el agua, tal que:
Q(hierro) = -m·cp·ΔT
Q(hierro) = -(18 kg)·(0.45 KJ/kg·K)·(22.1 - 85) ºC
Q(hierro) = 509.50 kJ
Ahora, el calor que absorbió el agua.
Q(agua) = m·cp·ΔT
Q(agua) = (1000 kg)·(4.18 KJ/kg·K)·(22.1 - 16) ºC
Q(agua) = 25498 kJ
Ahora, aplicamos el balance de energía inicial, tal que:
-509.50 kJ = 25498 kJ + Q(recipiente)
-509.50 kJ = 25498 kJ + cp·ΔT
-509.50 - 25498 kJ = cp·ΔT
26007 kJ = cp·(22.1 - 16)ºC
cp = - 4263.44 kJ/ºC
NOTA: existe alguna inconsistencia con ejercicio, al buscar el calor que cede el hierro es muy poco para el cambio de temperatura del agua, por lo que nos da que el recipiente tiene un calor especifico negativo, pues el agua absorbió toda la energía y él no, pero aún así tuvo cambio de temperatura, y esto no es correcto que suceda.