F-212 AÑO: 2004

FÍSICA II
F-212
AÑO: 2004
O
GUÍA DE PROBLEMAS N 4:
CAPACIDAD CALORÍFICA – CALORIMETRÍA
Adriana Foussats, M. Ángeles Bertinetti, Andrea Fourty
1. La variación de energía interna dU de un sistema formado por n moles de una sustancia pura, en un
proceso infinitesimal a volumen constante, es igual a ncvdT. Explicar por qué la variación de energía
interna en un proceso a presión constante no es igual a ncpdT.
2. Se realiza un proceso isobárico sobre n moles de gas, aumentando la temperatura de ti hasta tf . Se
observa que la capacidad calorífica molar a presión constante varía con la temperatura según la
ecuación:
cP = a + bt - ct-2, donde a, b y c son constantes. Si se produce una variación de volumen ∆V, calcular la
variación de energía interna.
3. El calor específico de un sólido a bajas temperaturas viene dado por la ecuación:
cv = k (T/θ)3, conocida como la ley de Debye, donde k es una constante igual a 19.4x105 joules/mol K, y
θ es la “temperatura característica” igual a 281 º K para NaCl. Calcular el calor específico a volumen
constante del NaCl:
a- a 10 K.
b- a 50 K.
c- ¿Qué cantidad de calor es necesario para elevar la temperatura de 2 moles de NaCl desde 10 K hasta
50 K
d- ¿Cuál es el valor del calor específico medio en este rango de temperaturas?
4.- Para un hilo metálico se definen las capacidades calorífica a tensión constante y a longitud constante cF
y cL respectivamente. Partiendo de sus definiciones demostrar:
 ∂U 
a - cL =  
 ∂T  L
 ∂U 
b- c F =   − F L α
 ∂T  F
5.- Un mol de un gas obedece a la ecuación de estado:
(P + a / v2 ) (v - b) = RT
donde v es el volumen molar, y su energía interna molar viene dada por:
u = cT - a / v2
siendo a, b, c y R constantes. Calcular las capacidades caloríficas molares cv y cp.
6.- Se dispone de un calorímetro que contiene 1Kg de agua a 20 C en el comienzo de cada una de las
experiencias que se describen a continuación.
1- Se agrega 1 Kg de agua a 60 C. La temperatura final resulta ser 38,3 C. Cuál es la capacidad
calorífica del calorímetro?
2- Se agregan 30 g de hielo a 0 C. La temperatura final es de 17,53 C. Cuál es el calor de fusión del
hielo?
3- Se agregan en el calorímetro 30g de hielo a –10 C. La temperatura final es de 17,41 C. Cuál es el
calor específico del hielo entre 0 y –10 C?
7.- En un calorímetro de masa 100 g y calor específico 0,21 cal / g C se tienen 1000 g de agua de 75 C. Se
deja caer una masa de hierro (cp = 0,113 cal / g C) a 180 C. Calcular cuál debería ser la masa de hierro
a fin de que se vaporicen 10 g de agua.
Física II, Licenciatura en Física
FCEIA - UNR
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Capacidad Calorífica - Calorimetría
FÍSICA II
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GUÍA DE PROBLEMAS N 4:
CAPACIDAD CALORÍFICA – CALORIMETRÍA
Adriana Foussats, M. Ángeles Bertinetti, Andrea Fourty
8. Un calorímetro de equivalente en agua 10 g contiene 1000 g de hielo a la temperatura de –30 C. Se
introducen 22 g de vapor de agua a 100 C. Calcular la temperatura final de la mezcla y las masas
finales de hielo y agua.
Calor de fusión del hielo: 80 cal/g, Calor de vaporización del agua: 540 cal/g;
cp hielo = 0,55 cal / g C.
9. En un calorímetro de equivalente en agua 30 g se tienen 150 g de hielo a –20 C. Se deja caer una masa
de agua a 30 C. Calcular la masa de agua a fin de que se funda exactamente la mitad del hielo.
10. Un calorímetro ideal contiene 150 g de agua a 80 C. Se introduce un trozo de hielo a 0 C. Cuando el
trozo se ha fundido, el volumen total de agua es de 196 cm3. Calcular la temperatura final de la mezcla.
11. En un calorímetro ideal se tienen 200 g de agua a 10 C. Se introducen 100 g de hielo a –25 C. Calcular
la temperatura final de la mezcla y en el caso en que resulte tf = 0 C, calcular las masas de agua e hielo
respectivamente.
12. Un recipiente de equivalente en agua 20 g contiene 1.000 g de agua a 20 C. Se introducen 200 g de
vapor de agua a 100 C, calcular el estado final de la mezcla.
Física II, Licenciatura en Física
FCEIA - UNR
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Capacidad Calorífica - Calorimetría