Energía y calor

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Energía y calor
ACTIVIDADES DE REFUERZO
1.
Razona sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) Cuando a un sistema se le cede calor, siempre aumenta su energía interna.
b) En la conducción, el calor se propaga como consecuencia de los choques entre las partículas.
c) Todo cuerpo, por estar a una temperatura, radia energía.
2.
A continuación se dan los valores de los calores específicos (J/kg K) de algunas sustancias:
Plata: 239
Hierro: 452
Aluminio: 896
Sodio: 1 226
Acero: 500
a) Si tomamos la misma cantidad de cada una de estas sustancias (por ejemplo, 1 kg), ¿a cuál habrá que
proporcionarle más energía para aumentar 1 K su temperatura?
b) Si comunicamos la misma cantidad de energía a la misma masa de cada sustancia, ¿cuál aumentará más su
temperatura?
3.
Un pistón encierra un gas de 300 g de masa cuyo calor específico es ce = 2 430 J/kg K, recibe mediante calor
4 000 J de energía. Esto le permite realizar un trabajo moviendo el pistón de 3 200 J. Calcula:
a) La variación de la energía interna del gas.
b) El aumento de temperatura que sufre el gas después de haber realizado su trabajo.
4.
La gráfica representa el aumento de temperatura en dos cuerpos
de la misma masa en función de la energía que reciben.
a) Determina cuál de los dos tiene mayor calor específico.
b) ¿Qué cantidad de energía se necesitará comunicar a 10 g de
aluminio para que aumente su temperatura 10 °C?
Dato: cAl = 896 J/kg K.
∆T (oC)
(2)
100
•
50
•
0,5
1
•
1,5
2
(1)
E (kJ)
5.
Tenemos un depósito que contiene helio a 140° bajo cero. La masa de las partículas que forman este gas es
2,43 · 10–26 kg. Calcula la energía cinética media de las partículas que forman el gas y su velocidad.
6.
a) El rendimiento de una máquina térmica es 0,35. Si la temperatura del foco frío es 150 K, ¿cuál será la
temperatura del foco caliente?
b) Se dispone de un motor que trabaja entre dos focos. Del primero obtiene 25 000 J y cede al segundo
8 800 J. Calcula el trabajo que realiza dicho motor.
7.
A partir de los datos que se dan, indica cuál de los tres procesos consume menos energía:
a) Fundir un litro de agua sin aumentar su temperatura.
b) Evaporar un litro de agua sin aumentar su temperatura.
c) Aumentar la temperatura de un litro de agua desde 20 °C hasta 70 °C.
Datos: Ce = 4 180 J/kg K; Lf = 334,4 kJ/kg; Lv = 2 257 kJ/kg.
8.
Calcula el valor del coeficiente de dilatación superficial del hierro y utilízalo para indicar la variación de superficie
que sufre una chapa de 40 × 60 cm cuando se la somete a un incremento de temperatura de 50 K.
Dato: Coeficiente de dilatación lineal del hierro = 1,17 · 10–5 °C–1.
Newton 4.o ESO
Actividades de refuerzo
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Soluciones
1.
La velocidad de las partículas se calcula a partir de
la definición mecánica de la energía cinética:
a) Falso. Depende de si el sistema realiza o no
trabajo.
1
Ec = mv2 ⇒ v =
2
b) Verdadero.
c) Verdadero.
=
2.
3.
a) Hay que proporcionar mayor energía a la sustancia con calor específico mayor, en este caso
al sodio.
6.
2E
=
m
c
2 · 2,7 · 10–21
= 471 m/s
2,43 · 10–26
b) Aumenta más la temperatura del que tenga el
calor específico menor, que es la plata.
a) El rendimiento es:
T1 – T2
T1 – 150
η
; 0,35 = ;
T1
T1
T1 = 230,77 K
a) ∆U = Q – T = 4 000 – 3 200 = 800 J
b) T = Q1 – Q2 = 25 000 – 8 800 = 16 200 J
b) La energía que no se transforma mediante trabajo
aumenta la temperatura del gas:
7.
E
800
E = mce∆T ⇒ ∆T = = =
mce
0,3 · 2 430
Calculamos en primer lugar la energía consumida en
cada proceso:
a) E = mLF; E = 1 · 334,4 = 334,4 kJ
= 1,09 K 1 K
b) E = mLV; E = 1 · 2 257 = 2 257 kJ
c) E = mce∆t; E = 1 · 4 180 · 50 = 209 000 J
4.
a) Sabemos que el calor se obtiene mediante:
Q = mce∆T.
A la vista de los resultados, el proceso que más
energía consume es la evaporación de un litro de
agua.
Así, tomando datos de la gráfica:
Para (1) se obtiene: 1 (kJ) = mc1 50.
Para (2): 1 (kJ) = mc2 100.
Si las masas, como dice el enunciado, son iguales,
c2 tiene que ser menor que c1.
b) Q = mce∆T = 0,01 (kg) · 896 (J/kgK) · 10 (ºC) ·
· 1 (K/ºC) = 89,6 J.
5.
La temperatura en kelvin es: –140 + 273 = 133 K.
Aplicando la definición de temperatura de la teoría
cinética se tiene:
3
3
E
c = kT; Ec = 1,38 · 10–23 · 133 =
2
2
= 2,7 · 10–21 J
Actividades de refuerzo
8.
La dilatación superficial se considera como una
doble dilatación lineal:
β = 2α
β = 2 · 1,17 · 10–5 = 2,34 · 10–5 °C–1
La ecuación que nos permite calcular el incremento
de superficie tiene la misma forma que la del
incremento de longitud:
∆S = βS0(t – t0);
∆S = 2,34 · 10–5 · 0,24 · 50 =
= 2,8 · 10–4 m2 = 2,8 cm2
Newton 4.o ESO