Transferencia de enerxía: calor

6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química

4.º ESOExercicios: 1, 2, 3,

Toda a materia ten enerxía interna U, un anaco de xeo, a 0ºC tamén.

Como a U depende de o tipo de substancia, da masa e da Temperatura : A menos temperatura terá menos enerxía interna

1

2Nun espacio baleiro, sen partículas, non podemos falar da enerxía cinética das partículas e polo tanto tampouco da temperatura. T =0 K

3

A temperatura depende da enerxía cinética que a súa vez depende da masa e da velocidade. Si existe unha velocidade máxima para as partículas 300.000.000m/s, pero non existe un valor máximo para a masa así que non podemos poñer un límite superior á enerxía cinética e polo tanto tampouco á temperatura

¿Que tipo de enerxía ten un anaco de xeo a º0 C? ¿Terá máis ou menos enerxía desa clase a – 10 ºC?

Segundo a teoría cinética ¿cal será a temperatura do espacio baleiro?

¿Cres que existe un limite superior de temperaturas?


4.º ESOExercicios: 4, 5

A aula pechada está en equilibrio térmico cos obxectos que a forman. Todo no seu interior estará a 20ºC

4

5

A temperatura corporal é superior a 20ºC, e a tendencia é a igualarse, pero:

o osíxeno que respiramos queima nas células os hidratos de carbono procedentes da alimentación producindo enerxía, para manter a temperatura do corpo constante.

Temos unha capa de graxa baixo a pel, e levamos roupa que illa gran parte da superficie do corpo para retardar o equilibrio térmico co exterior.

Se a inmersión nun fluído a baixa temperatura se prolonga, prodúcese a morte por hipotermia.

Na aula pechada hai un termómetro que indica unha temperatura de 20 ºC ¿Que temperatura teñen as mesas e as cadeiras ó cabo dun tempo?

Na mesma aula da actividade anterior ¿estás ti en equilibrio térmico co contorno? ¿Por que?



6

-10ºC e 263K indican a mesma temperatura, medida con diferentes escalas

7

A temperatura de fusión da auga, 0ºC expresada en graos Fahrenheit é

FT

FT

CFT

FTC

º32

032)(º100

180º032)(º

180

32)(º

100

º0

A temperatura de ebulición da auga, 100ºC en graos Fahrenheit é

FT

FT

CFT

FTC

º212

18032)(º100

180º10032)(º

180

32)(º

100

º100

¿Que temperatura é maior: -10 ºC ou 263 K ?

A que temperaturas corresponden, na escalas Fahrenheit, a fusión e a ebulición da auga ?


4.º ESOExercicios: 8, 9, 10

8

9

O calor absorbido polo sistema é positivo, e o traballo realizado é negativo

ΔU = Q + T =5.000 J + (-2000 J) = 3.000 J

10

Porque os metais conducen ben o calor, de maneira que ao tocalos, a transferencia de enerxía é moito máis rápida que a que ten lugar co aire

Jcal

Jcalkcal 400.588.1

1

184́000.380380

Nun producto alimenticio indicase que 100g, de producto teñen un valor enerxético de 380 kcal.¿ Cal é o valor enerxético en joules?

Un gas quéntase achegando unha cantidade de calor de 5 000 J e el realiza un traballo de 2 000 J ¿Que variación de enerxía interna experimenta?

¿Por que te-la sensación ó tocar un metal de que a súa temperatura é menor cá do seu contorno?


4.º ESOExercicios: 11, 12, 13

11

A evaporación

12

Q1 = 1 kg. 4180J/kgK .(373 K - 333 K)=167200J

Q2 = m.L=1kg.2257000J/kg= 2257000J

Q3 = 1 kg. 4180J/kgK .(393 K - 373 K)=83600J

Q = 2507800 J

13

Ferro α=1´17.10-5 L0=22’5 m ΔT =20C=20K

ΔL= 22’5 m. 1’17.10-5K-1 .20K= 5,2.10-3m

ΔL= 22’5 m. 1’17.10-5K-1.(-30)K= -7,8.10-3m contráese 7,8mm

M= 1 kg

Tf = 393 K

T0 = 333 K

Ce = 4180 J/kg.K

¿Que fenómeno explica o secado da roupa ou do piso despois de lavala ou fregalo?

Que cantidade de enerxía hai que transferir a 1kg, de auga para que pase de 60ºC a 120ºC ?

Unha viga de ferro de 22,5 m, de lonxitude a 20ºC, ¿que variación experimentara na súa lonxitude cando estea a 40ºC? ¿e a -10C?



14

T = Q1 – Q2 = 45000 J rendemento = 30 %

15

(m.ce .ΔT)auga + (m.Lf + m. Ce. ΔT)xeo = 0

0´25 kg.4180J/kg.K (Tf- 333K) + 0´1kg.334400J/kg + 0´1kg.4180J/kg.K (Tf –273K) = 0

1045T J/K – 347985 J + 33440 J + 418T J/K – 114114 J = 0

1463T J/K = 428659 J T = 293 K

Datos m(kg) Tfinal(K) Tinicial(K) ΔT (K) Ce(J/kg.K) L(J/kg)

Xeo 0´1 T 273 T-273 334400

auga 0´25 T 333 T-333 4180

Unha maquina térmica traballa da seguinte maneira cada 150 000 J de calor que absorbe, cede ó contorno 105 000 J ¿Que traballo é capaz de desenvolver? ¿Cal é o seu rendemento?

Nun calorímetro temos 250 g de auga a 60ºC. Introducimos 100 g de xeo a 0ºC. ¿Cal será a temperatura do equilibrio, sabendo que funde todo o xeo?



16

A escala dun termómetro ambiental é -20ºC a 50ºC mentres que a escala dun termómetro clínico é 35ºC a 43ºC

17

Considera cinco minutos o tempo mínimo preciso para acadar o equilibrio térmico

Observa e comenta as diferencias que hai entre un termómetro de mercurio e o termómetro clínico tamén de mercurio, que se utiliza para coñece-la temperatura corporal

¿Por que cando che miden a temperatura corporal , con termómetro clínico de mecurio debes mantelo posto uns cinco minutos?


4.º ESOExercicios:18, 19

18

a) A escala Celsius

b) Si por estar dividido en cen partes

c) No, a dilatación do mercurio é diferente á do alcol

19

a) T(K) = T(C) + 273 = -15ºC + 273 =258K

b) T(K) = T(C) + 273 = -72ºC + 273 = 201 K

c) 8 F = -13´3ºC = 259´7K

Construímos un termómetro de alcol, Introducímolo en auga con xeo, e marcámo-lo cero no termómetro. A continuación introducímolo en auga en ebulición e marcamo-lo 100 . Dividímo-lo intervalo entre ámbalas marcas en cen partes iguais: a)A escala que resulta ¿e Celsius?b)Os graos de esta escala ¿son centígrados? c)A lonxitude de cada un dos cen intervalos marcados, ¿seria igual que se construímo-lo termómetro con mercurio?

Expresa as seguintes medida da temperatura en Kelvin: -15ºC, -72 ºC, 8 ºF



20

a) T(C) = T(K) - 273 = 250K-273 = -23 C

b) T(C) = T(K) - 273 = 300K -273 =27 C

c) 75F = 22,2 C

21

a) ΔT = - 5 – (-25) = 20 C

b) T1 = -5 + 273 = 268 K T2= -25 + 273 = 248 K

c) ΔT = 268 K - 248 K = 20K

Expresa as seguintes medidas da temperatura en grados Celsius:250 K, 300K , 75ºF

Un anaco de xeo a -25 ºC quéntase ata que a súa temperatura acada os -5 ºCa) Calcula o incremento da temperatura b) Expresa as temperaturas en Kelvinc) Calcula o incremento da temperatura en Kelvin. Dato : Ce xeo = 2 100 J kg -1 ºC -1



22

A substancia “a” é a de maior calor específico porque necesita mais calor que “b” para aumentar nun grado a súa temperatura

23

kg

J

kg

g

cal

J

g

cal

Ckg

J

kg

g

cal

J

Cg

cal

3344001

1000

1

184́80

.º4180

1

1000

1

184́

.º1

A quentar por igual a mesma cantidade de dúas sustancias diferentes partindo da mesma temperatura, obtémo-las seguintes gráficas. ¿Cal das dúas ten maior calor especifica?

(a)

(b)

t(min)

T(ºC)

Realiza os seguintes cambios de unidades.Expresa en J kg -1 ºC -1 a calor específica da auga que vale 1 cal g-1 ºC-1

Expresa en J /kg a calor latente de fusión do xeo, que é Lf = 80 cal/g.Dato 1 cal = 4,18 J



24

ΔU = Q + T 50 J = Q + 200 J Q = -150 J perdido polo sistema

26

T 0= 20ºC Tf= 4ºC ΔT = -16ºC Q = -9800J ce etanol= 2450J.kg-1.ºC-1

Q = m.ce. ΔT

gkg

CCkgJ

J

Tc

Qm

e

250250́º16

.º2450

9800

Un gas encóntrase encerrado nun pistón, sobre el realizamos un traballo de 200J de forma que a súa enerxía interna, ΔU aumenta en 50 J ¿Que cantidade de calor transfire o gas do pistón ó contorno?

Baixámo-la temperatura de certa masa de etanol de 20 ºC a 4 ºC, transferindo unha cantidade de calor ó contorno Q = 9 800J. ¿Que masa de etanol tiñamos? Dato: Ce etanol = 2 450 J kg -1 ºC -1



27

Etanol 250g 2450J.kg-1.ºC-1 T 0= 17ºC Tf= T ΔT = T -17ºC

Auga 100g 4180J.kg-1.ºC-1 T 0= 60ºC Tf= T ΔT = T - 60ºC

Qetanol + Qauga = 0 (m.c. ΔT)etanol + (m.c. ΔT)auga = 0

0`25kg .2450J.kg-1.ºC-1.(T -17ºC) + 0´1kg.4180J.kg-1.ºC-1 (T-60ºC)= 0

612 J.ºC-1.(T -17ºC) + 418J.ºC-1 (T-60ºC)= 0

T = 34´4ºC

Nun calorímetro temos 250 g de etanol a 17ºC. Intróducense 100 g de auga a 60ºC.Calcula a temperatura do equilibrio Representa os procesos da auga e do etanol nun mesmo diagrama temperatura-tempo

28

Q = m.Lf =5.10-3kg . 134000J/kg = 670 J

¿ Que cantidade de enerxía hai que transferir a 5 g de cobre sólido, que se encontra á súa temperatura de fusión, para fundilo completamente?.



29

l 0= 6m α =2´3.10-5 T0= 25ºC

ΔT = -10 – (25) = -35C ΔL =l0.α.ΔT = -4´83.10-3m

ΔT = 45 – (25) =20C ΔL =l0.α.ΔT = 2´76.10-3m

30

O aumento de temperatura da lugar a un aumento da enerxía interna, e tamén da presión

Unha viga de aluminio mide 6 m a 25 ºC . Se as temperaturas extremas da zona onde está colocada son Tmin= -10 ºC e T max= 45ºC, ¿entre que lonxitudes pode oscila-lo tamaño da viga ?

Durante un viaxe os pneumáticos dun coche quecen ¿Que sucede coa enerxía interna do aire que conteñen? ¿ e con a presión?

mLm 99517,500276,6


4.º ESOExercicios: 31

31

Se a temperatura é unha medida do movemento das partículas, cando estean en repouso terán a menor temperatura posible. (Situación imposible de acadar)

¿Por qué existe un límite inferior de temperaturas?

43 Nun calorímetro hai 100g de xeo a -15ºC, introdúcense



43Xeo: m=0´1kg T 0= 258K Tf =T

Auga: m=0´3 kg T0= 353K Tf =T

Qxeo + Qauga = 0 (m.c. ΔT + m.Lf +m.c. ΔT )xeo + (m.c. ΔT)auga = 0

(m.c. (273-258K) + m.Lf +m.c. (T- 273K) )xeo + (m.c. (T-353K))auga = 0

0´1kg.2090J.kg-1.K-1.(15K) + 0´1kg.334400J.kg-1 + 0´1kg.4180J.kg-1K-1.T - 0

´1kg.4180J.kg-1.K-1 .273K + 0´3kg.4180J.kg-1K-1(T-353K) = 0

3135J +33440J + 418JK-1.T - 114114J +1254J.K-1(T-353K) = 0

3135J +33440J - 114114J -442662J + 418T J.K-1 +1254T J.K-1 = 0

1672T J.ºK-1 = 520201J T =311K



Xeo: m=0´04kg T 0= 263K Tf =T Auga: m=0´25 kg T0= 363K Tf =T

Vapor: m=0´1kg T0=373K Tf=T Qxeo + Qauga + Qvapor = 0

(m.c. ΔT + m.Lf +m.c. ΔT )xeo + (m.c. ΔT)auga + (m.Le +(m.c.ΔT)vapor = 0

XEO

(m.c. (273-263K)=0´04... 2090...10...= 836J

m.Lf = 0´04...334400...=13376J

m.c. (T- 273K) =0´04...4180...(T-273)...=167...(T-273)..=167T..- 45591J

AUGA

m.c. (T-363K) =0´25..4180...(T-363)...=1045T.. – 379.335J

VAPOR

m.Lv =0´1..2257000... =225.700J desprendidos por o sistema, o número tan alto indica que pode quentar o que foi xeo, e a auga ata 100C.

Xeo: 836 + 13376 + 0´04. 4180. 100 =836+13376+16720=30.932J

Auga: 0´25. 4180. 10=10.450J con 41382J teríamos a mestura a 100ºC

Para obter 41382 J terían que condensar:

41382J=m.Lv =m. 2.257.000J/kg de donde m=0´018kg = 18g condensaron resultando ao final 40+250+18=308g de auga e 100-18=82g de vapor, todo a 373 K

51

Transferencia de enerxía: calor

Documents

Transcript of Transferencia de enerxía: calor