Respuestas
Respuesta:
Un globo de helio se utiliza para elevar una carga de 110 N. El peso de la cubierta
del globo es de 50 N y su volumen cuando está completamente hinchado es de 32 m3.
La temperatura del aire es de 0 °C y la presión atmosférica es de 1 atm. El globo se
infla con el gas helio suficiente para que la fuerza neta sobre él y su carga sea de 30 N.
Despreciar los cambios de temperatura con la altura.
a) ¿Cuántos moles de gas helio contiene el globo?
b) ¿A qué altura el globo estará completamente hinchado?
a) Por el principio de Arquímedes, el peso del volumen de aire desalojado por el globo de ser
igual al peso total (incluido el helio) del globo más la fuerza neta hacia arriba de 30 N:
110 N 50 N 30 N ߩ ݃ ܸൌ ߩ ݃ ܸሾ1ሿ
Pero por ser un gas ideal a baja densidad se cumple:
ܲ௧ܸ ൌ ܴ݊ܶଶଷ ⟹ ܸ ൌ ݊ ܴ 273
1 ൌ ݊ 0.082 ൈ 10ିଷ 273 mଷ ሾ2ሿ
donde se ha utilizado ߏ ൌ 1 atm y ܴ ൌ 0.082 atm L/mol K ൌ 0.082 ൈ 10ିଷ atm mଷ/mol K
Buscamos (p.e. en el Tipler Ed. 4ª Cap. 13):
ߩ ൌ 0.1786 kg/mଷ ߩ ൌ 1.293 kg/mଷ
Con la [1] y [2] calculamos:
190 0.1786 ݊ 0.082 ൈ 10ିଷ 273 ݃ ൌ 1.293 ݊ 0.082 ൈ 10ିଷ 273 ݃
190 0.0391 ݊ ൌ 0.283 ݊ ⟹ ݊ ൌ 779 moles
b) Vemos aplicando [2] que el volumen que ocupa el helio cuando el globo esta posado en el
suelo:
ܸ ൌ 779 0.082 10ିଷ 273
1 ൌ 17.43 mଷ
Se debe cumplir, si T = constante (según el enunciado) que:
ܲ ܸ ൌ ܲᇱ
ܸᇱ ⟹ 1 17.43 ൌ ܲᇱ 32 ⟹ ܲᇱ ൌ 0.5 atm
Según la figura 13.8 del Tipler Ed. 4ª esto corresponde
Explicación:
Respuesta:1. CANTIDADES DE CALOR
Aun cuando no sea posible determinar el contenido total de energía calorífica de un cuerpo, puede
medirse la cantidad que se toma o se cede al ponerlo en contacto con otro a diferente temperatura. Esta
cantidad de ENERGÍA EN TRÁNSITO de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura
es precisamente lo que se entiende en física por CALOR.
a. La ecuación calorimétrica
La experiencia pone de manifiesto que la cantidad de calor tomada (o cedida) por un cuerpo es
directamente proporcional a su masa y al aumento (o disminución) de temperatura que experimenta. La
expresión matemática de esta relación es la ecuación calorimétrica.
Q = c · m · (Tf - Ti) (1) c a veces se indica Ce
Q representa el calor cedido o absorbido.
m la masa del cuerpo.
Tf y Ti las temperaturas final e inicial respectivamente.
Q será positivo si la temperatura final es mayor que la inicial (Tf > Ti) y negativo en el caso
contrario (Tf < Ti).
La letra c representa la constante de proporcionalidad correspondiente y su valor es característico
del tipo de sustancia que constituye el cuerpo en cuestión.
Dicha constante se denomina calor específico.
Unidades J/kg.K en S.I. o cal/g °C
El calor específico de una sustancia equivale, por tanto, a una cantidad de calor por unidad de masa y
de temperatura; o en otros términos, es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa de una
sustancia dada para elevar su temperatura un grado.
b. Unidades de calor
La ecuación calorimétrica sirve para determinar cantidades de calor si se conoce la masa del cuerpo,
su calor específico y la diferencia de temperatura, pero además permite definir la CALORÍA como
unidad de calor.
Si por convenio se toma el agua líquida como sustancia de referencia asignando a su calor específico un
valor unidad, la caloría resulta de hacer uno el resto de las variables que intervienen en dicha ecuación.
Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado (1 ºC) la temperatura
de un gramo de agua.
DEP. DE FÍSICA Y QUÍMICA TRABAJO, CALOR Y ENERGÍA
COLEGIO COOP. ALCÁZAR DE SEGOVIA CURSO 2014/2015
Esta definición, que tiene su origen en la época en la que la teoría del calórico (puedes buscar en
internet qué es esto del “calórico”) estaba en plena vigencia, se puede hacer más precisa si se
considera el hecho de que el calor específico del agua varía con la temperatura. En tal caso la elevación
de un grado centígrado a la que hace referencia la anterior definición ha de producirse entre 14,5 y 15
Explicación: