Imagine que tiene hierro, vidrio y agua, 1 kg de cada uno, y que
las tres muestras están a 10°C. a) Clasifique las muestras de menor a mayor temperatura
después de agregar 100 J de energía a cada muestra. b) Clasifique las muestras de menor
a mayor cantidad de energía transferida mediante calor si cada muestra aumenta en temperatura
20°C.
Respuestas
Respuestas:
1- Orden de menor a mayor temperatura
Agua ( 283.02 K)
Vidrio ( 283.13 K)
Hierro ( 283.22 K)
2- Orden de menor a mayor transferencia de calor:
Hierro ( Q= 9000 J)
Vidrio ( Q = 15060 J)
Agua ( Q = 83720 J)
Explicación:
Para resolver este problema aplicaremos la ecuación de transferencia de calor:
Q = m·Cp· (T2-T1) (1)
Donde:
Q = transferencia de calor.
m= masa.
Cp = Poder calorífico.
T2-T1 = Delta de temperatura entre temperatura final e inicial.
Dada la ecuación anterior se necesitan los Cp de cada material. Vienen dado por los siguientes valores:
Cp agua = 4186 J/Kg·K
Cp Hierro = 450 J /Kg·K
Cp vidrio = 753 J/ Kg·K
Para la pregunta 1, tenemos el Calor ( Q = 100 J ), temperatura inicial ( 10ºC = 283 K), los Cp de cada material y su masa. Aplicamos la ecuación (1) y obtenemos la T2.
De la ecuación (1) depesjamos T2, obteniendo:
T2= Q/Cp·m + T1 (2)
Aplicando la ecuación 2 para el hierro, vidrio y agua, tenemos que:
T2 hierro = (100J)/(450J/Kg·K)·(1Kg) + 283 K = 283.22 K
T2 vidrio = (100J)/(753J/Kg·K)·(1Kg) + 283 K = 283.13 K
T2 agua = (100J)/(4186J/Kg·K)·(1Kg) + 283 K = 283.02 K
Obteniendo un orden de menor a mayor temperatura de: Agua – Vidrio – Hierro
Para encontrar la transferencia de calor aplicamos la ecuación (1) sabiendo que T2-T1 = 20 ºC :
Q hierro = (450 J/Kg·K) · 1Kg · 20 K = 9000 J
Q agua = (4186 J/Kg·K) · 1Kg · 20 K = 83720 J
Q vidrio = (753 J/Kg·K) · 1Kg · 20 K = 15062 J
Ordenando los materiales de menor a mayor transferencia de calor, tenemos: Hierro- Agua- Vidrio
Nota: El poder calorífico, es un valor obtenido a través de experimentos con el material, su valor se debe buscar en diferentes tablas termodinámicas.