En un volumen de 2 litros de agua a 27 °C se sumerge una pieza de hierro
caliente a 250°C con una masa de 300g Calcular la temperatura final
media.
. Ce (Agua) =1,0 cal/g °C.
. Ce (Hierro) = 0,11 cal/g.°C
Respuestas
La temperatura final media se obtiene aplicando la ley cero de la Termodinámica: Dos sustancias a diferentes temperaturas en contacto se transfiere calor mutuamente hasta que sus temperaturas finales se igualan
La ecuación general de calorimetría establece que
Calor ganado = Calor cedido
Q ganado agua = m agua *Ce (agua) * ΔT = m agua *Ce (agua) * (Tf -27°C)
densidad agua = 1 g/ml
masa agua= 2 L *1kg/L = 2kg= 2000 g
Q ganado agua = 2000 g * 1,0 cal/g °C. * (Tf -27°C)= 2000 * (Tf -27°C)
Qperdido es negativo, por ello cambia el signo del ΔT
Qperdido = m hierro * Ce (hierro) * ΔT = m hierro *Ce (hierro) * (250-Tf)
Qperdido = 300 g *0.11 cal/g.°C *(250°C - Tf) = 33 * (250 -Tf°C)
En el equilibrio térmico se tiene que
2000 * (Tf -27°C) = 33 * (-Tf +250°C)
2000Tf - 54000 = -33 Tf + 8250
2000 Tf +33 Tf = 8250+54000
2033 Tf = 62250
Tf=62250/2033
Tf= 30.62 °C
CONCLUSIÓN: EL AGUA SE CALIENTA HASTA 30.62°C Y EL HIERRO SE ENFRÍA HASTA 30.62°C LLEGANDO AL EQUILIBRIO TÉRMICO