Universidad Católica de Salta - Facultad de Ingeniería

Carrera: Tecnicatura en Higiene y Seguridad en el Trabajo

Materia: Física General
TRABAJO PRÁCTICO UNIDAD 3 “ TERMODINÁMICA”

1.-Temperatura y Calor son sinónimos?. Justifique

Rta.: No son sinónimos. La temperatura indica cuan caliente o cuan frio está un objeto o un cuerpo. El
calor es el flujo de energía térmica.

2.- La temperatura de ebullición del nitrógeno es – 196°C. ¿Cuál es el valor de esta temperatura en la
escala absoluta?
Planteo: recuerde que la escala absoluta es la temperatura Kelvin.
T (°K) = T(°C) + 273
T (°K) = -196 + 273 = 77
Rta.: El valor de la temperatura de ebullición del nitrógeno es de 77 K

3.- La temperatura en la superficie del sol es alrededor de 6000 K. Cuál es el equivalente de esta
temperatura en grados Celsius?.
Planteo: T(°C) = T (K) + 460
T(°C) = 6000 + 460 = 6460

Rta.: la temperatura en la superficie del sol es alrededor de 6460 °C.

4.- ¿La temperatura de fusión del alcohol etílico es de -173°F y su temperatura de ebullición de 172°F.
Cuáles son los valores de estas temperaturas en la escala Rankine?
Planteo: T (R) = T(°F) + 460 = -173 + 460 = 287

T( R) = T (°F) + 460 = 172 + 460 = 632

Rta.: La temperatura de fusión del alcohol etílico es de 287 °R y su temperatura de ebullición de 632 °R.

5.- Explique brevemente los mecanismos por los cuales ocurre la transferencia de calor.

Los mecanismos por los cuales ocurre la transferencia de calor son tres y son:

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

Conducción: se presenta principalmente en los cuerpos sólidos y se caracteriza por el pasaje del calor
desde el punto de mayor temperatura hacia el de menor temperatura sin desplazamiento apreciable de
materia. La transmisión de calor puede producirse de una parte a otra del mismo cuerpo o de un cuerpo a
otro en contacto con él.

Convección: se manifiesta en los fluidos, es decir, en los líquidos y gases como consecuencia del
desplazamiento de materia que provoca la mezcla de parte del fluido que se encuentra a diferentes
temperaturas. La convección puede ser natural o forzada.

Convección natural se presenta cuando el fluido se mueve debido a diferencias de densidad resultante de
diferencias de temperatura. La convección forzada ocurre cuando el movimiento del fluido es provocado
por medios mecánicos, por ejemplo, en el caso de los líquidos puede ser un agitador o en el caso de los
gases un ventilador.

Radiación: ocurre cuando el calor pasa de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura
sin que ellos estén en contacto. Se concluye con esto que el calor se puede transmitir en el vacío, en forma
de ondas electromagnéticas, llamada radiación o energía radiante.

6.- Defina capacidad calorífica. Nombre cada uno de los parámetros. Indique en qué unidades se expresa.

Cuando se realizaron experimentos, se observó que al suministrar la misma cantidad de calor a dos
sustancias diferentes, el aumento de temperatura no es el mismo. Para conocer el aumento de temperatura
que tiene una sustancia cuando recibe calor, se usa su capacidad calorífica, C, que se define como la
relación entre la cantidad de calor , Q, que recibe y su correspondiente elevación de temperatura, T.

Para conocer la unidad en la cual se expresa, se debe tener presente la ecuación que la define:
C = Q
T
El calor puede estar expresado en calorías (cal), kilocalorías (Kcal), BTU, Joule (J) y la temperatura puede
tener unidades de °C, °K, °F, °R, entonces la capacidad calorífica puede tener unidades de cal/°C, Kcal/°C,
J/°C, J/K, BTU/°F.

La determinación de la capacidad calorífica de una sustancia puede realizarse a presión o a volumen

constante, se expresa como Cv cuando es a volumen constante y como Cp cuando es a presión constante.

7.- Defina calor específico. Indique si el mercurio tiene un calor específico menor al del agua. Justifique.

El calor específico, Ce, de una sustancia es igual a la capacidad calorífica C de dicha sustancia dividida su
masa, m.
Ce = C = Q
m T

Las unidades de Ce, siempre se expresan como el cociente de unidad de energía dividido la unidad de
temperatura.

De la bibliografía se obtiene los valores del calor específico de determinada sustancia, el cual va a estar
expresado en diferentes unidades de energía y temperatura, por ejemplo:

Sustancia Calores específicos (a presión constante)

cal/gr °C J/Kg °C
Agua 1,00 4200
Mercurio 0,033 139

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

Tomando en consideración los calores específicos de tabla, se observa que el calor específico del mercurio
(139 J/Kg °C) es mucho menor que el calor específico del agua (4200 J/Kg °C)

8.- Defina calor sensible. Indique las unidades en las que se expresa.

Calor sensible es la cantidad de calor, recibida o cedida por un cuerpo, y el cuerpo no cambia su
estado de agregación.

Para poder determinar cuales son las unidades, se debe tener en consideración, la expresión para
calcular el calor sensible puesto en juego:

Q = m . ce . (Tf – To)

Donde:
m: masa del cuerpo, Kg
Ce: Calor específico, Kcal o Joule
Kg °C Kg °C

Tf: Temperatura final, °C

To: Temperatura inicial , °C

Entonces las unidades del calor sensible, Q, son, en este caso, Kcal o Joule.

9.- Defina calor latente. Indique las unidades en las que se expresa.

Calor latente es la Cantidad de calor, recibida o cedida por un cuerpo y el cuerpo no cambia su estado de
agregación.
Q=m.L
m: masa del cuerpo, Kg
L: Calor latente, fusión o vaporización, Kcal o Joule
Kg Kg

Las unidades del calor latente, Q, en este caso, son Kcal o Joule.

10.- La temperatura de una barra de plata aumenta 10 ºC cuando absorbe 1,23 KJ de calor. La masa de la
barra es 525 g. Determine el calor específico de la barra.

Planteo los datos:

Qganado = 1,23 KJ

m = 525 g .( 1 Kg / 1000 g ) = 0,525 Kg

∆T = 10 °C

Ce = ?

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

La expresión a usar es: Q = m . ce . (Tf – To), de la cual se debe despejar el calor específico, Ce:

Ce = Q .= . Q .
m . (Tf – To) m T

reemplazando los valores:

Ce = 1,23 KJ / 0,525 Kg . 10 °C = 0,234 KJ / Kg . °C

Rta.: 0,234 KJ/Kg.ºC

11.- Calcule la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gr. de hielo a -15°C en agua a 0°C.

Planteo:

Q = ¿?

m = 100 gr

Ti = -15°C

Tf = 0°C

Sustancia: hielo (agua en estado sólido) que pasa a agua (estado líquido), por lo tanto, hay cambio de
estado de agregación. El calor que debe calcularse es el calor sensible desde -15°C hasta 0°C en estado
sólido luego el calor latente cuando se presenta el cambio de estado de hielo a 0°C a agua a 0°C. (se
observa eso en la figura de abajo):

Q sensible Qlatente
___/____________/____________
hielo hielo-agua
-15°C 0°C

Como no es dato el calor específico ni el calor latente, se los obtiene de la bibliografía, por ejemplo:

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

Ce hielo= 0,50 cal/gr°C ; Lfusión = 80 cal/gr

El calor total se calcula como: Q = Q sensible + Q latente

Se calcula a continuación cada tipo de calor:

Calor sensible: Q = 100 gr. 0,50 cal/gr.°C . (0- (-15°C)) = 750 cal.

Calor latente, en 0°C se aplica: Q = m.Lf

Q = 100 gr. 80 cal/gr = 8.000 cal.

Así, el calor total requerido es: 750 cal + 8000 cal = 8750 cal.

Rta: La cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gr. de hielo a -15°C en agua a 0°C es de 8750
cal.

12.- Calcule la cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gr. de hielo a -10°C en vapor a 130°C.

Q = ¿?

m = 100 gr

Ti= -10°C

Tf = 130°C

Q sensible 1 Q latente 1 Q sensible 2 Q latente 2 Q sensible 3

_______/_______hielo________/___________agua _______________/________________/__

-10 °C 0°C 100°C 130°C

La cantidad de calor que se requiere para cambiar 100 gr. de hielo a -10°C en vapor a 130°C, Q es:

Q = Q sensible 1 + Q latente + Q sensible 2 + Q latente 2 + Q sensible 3

Q = m Cehielo ( Tf – Ti ) + m Lfusión + m Ceagua (Tf – Ti) + m Lvaporización + m Cevapor (Tf-Ti)

De la bibliografía se obtiene los valores de los calores específicos y calor latente de fusión y de
vaporación:

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

Ce hielo = 0,5 cal/gr°C; Ce agua = 1 gr/cal°C; Ce vapor = 0,48 cal/gr °C ;

Lfusión= 80 cal/gr; Lvaporización = 540 cal/gr

Reemplazando:

Q = 100 gr. 0,5 cal/gr°C (0°C – (-10°C)) + 100 gr. 80 cal/gr + 100 gr. 1cal/gr°C (100°C – 0°C) + 100
gr. 540 cal/gr + 100 gr. 0,48 cal/ gr°C (130°C – 100°C)

Q = 500 cal + 8000 cal + 10000 cal + 54000 cal + 1440 cal = 73940 cal

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

13.- Determine la cantidad de calor que cede al ambiente una barra de plata de 3000 gr. al enfriarse de
180°C a 20°C.

Planteo:

Q = ¿?

Sustancia: plata

m = 3000 gr.

Ti = 180°C

Tf = 20°C

De la bibliografía se obtiene: Ce plata = 0,056 cal/gr°C

El cuerpo se enfría, no hay cambio de fase, por lo tanto, se

debe calcular el calor sensible:

Q = m . Ce. (Tf – Ti)

Q = 3000 gr. 0,056 cal/gr °C ( 20°C – 180°C) = - 26880 cal

El signo menos indica que la temperatura del cuerpo disminuyó al ceder calor al ambiente.

14.- El agua a 60 °C puede ocasionar quemaduras graves en 3 segundos, y en 10 minutos el agua a 49 Cº

produce una quemadura grave. En la fábrica donde usted trabaja, los operarios necesitan disponer de agua
a 40°C para trabajar en forma segura. Disponen de 95 litros de agua a 60°C. Determine cuántos litros de
agua fría a 10°C se necesita agregar para bajar la temperatura hasta 40°C.

Planteo:

V1 agua caliente = 95 L ----> m1 agua caliente = 95 Kg

To aguacaliente = 60 °C

V2 agua fría = m2 agua fría =?

To agua fría = 10 °C

Te = 40 °C

Como siempre, el agua caliente cede calor al agua fría.

Q ganado = - Q cedido (1)

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

Q ganado = m aguafría . Ce agua . ( Tf – To)

Q ganado = m aguafría . Ce agua . (40 – 10)°C

Q cedido = maguacaliente . Ce agua . (Tf – To)

Q cedido = 95 Kg . Ce agua . (40 – 60)°C

Si vamos a (1):

m aguafría . Ce agua (40 – 10)°C = - 95 Kg . Ce agua . (40 – 60) °C

maguafría . 30 oC = 1900 Kg . °C

maguafría = 1900 Kg . oC / 30 °C = 63,33 Kg ----> 63,33 L

Solución: 63,3 lt

15.- Para pensar y responder:

a) El volumen de una muestra de gas aumenta. ¿Por qué disminuye la presión que ejerce el gas?.
b) La temperatura de una muestra de gas aumenta. ¿Por qué aumenta la presión que ejerce el gas?
Rta.: a) la presión disminuye, en parte, porque las moléculas del gas deben recorrer ahora una distancia
mayor entre choques sucesivos contra las paredes del contenedor y, en parte, debido a estos choques se
distribuyen ahora en un área mayor.
b) la presión aumenta en parte porque las moléculas del gas se mueven más rápido que antes y, por lo
tanto, golpean las paredes con mayor frecuencia, y también porque cada choque produce una fuerza mayor
que antes

16.- Una máquina térmica con un rendimiento del 25% realiza un trabajo de 150 J en cada ciclo. ¿Cuánto
calor absorbe en cada ciclo?, ¿cuánto calor cede?. Exprese los resultados en unidades del SI y cgs.

Planteo:

El círculo gris del centro es la máquina.

T1 es la fuente caliente, o sea, la caldera, que le entrega un calor, Q1, a la

máquina.

T2 es el ambiente al que la máquina le tira el calor que no puede aprovechar,

Q2 (por la chimenea, o el caño de escape de un automóvil

W es el trabajo precioso que entrega la máquina.

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen

Ahora sí, vamos al ejercicio. La definición de rendimiento es: η = W / Q1

De modo que, despejando Q1:

Q1 = W / η = 150 J / 0,25
Q1 = 600 J

La Máquina térmica: QN = ΔU + W

La variación de energía interna de la máquina es cero (ΔU = 0) si supongo que no cambia la temperatura
mientras funciona:

Q1 – Q2 = W

Despejando Q2:

Q2 = Q1 – W = 600 J –150 J
Q2 = 450 J

17.- Una estufa produce 1800 kcal/h, si el kW.h cuesta $ 2,5, se desea saber cuál es el gasto que
produce.
Q = 1800 Kcal/hr

1 Kcal = 4184 J Q = 1800 Kcal/h x 4184 J = 7531200 J

1000 J = 0,2778 Wxh 7531200 J x 0,2778 Wxh = 2092 Wxh = 2,092 KWxh

1 Kwxh = $2,5

2,092 Kwxh = $5,23

Rta.: El gasto que produce es de $ 5,23

TP 3 resuelto por Ing. Carola Sujet Christensen