CAPÍTULO 5. Termodinámica - Biblioteca

Calor y Termodinámica Hugo Medina Guzmán
Coeficiente de dilatación del latón: 17x10 -6 ºC -1
(Considerar el péndulo como simple).
Respuesta. 7 m. 12 s.
17. Un herrero ha de colocar una llanta circular de
hierro de 1 m de diámetro a una rueda de madera de
igual diámetro. Con objeto de poder ajustarla,
calienta la llanta hasta conseguir que su radio supere
en 2 mm al de la rueda. Sabiendo que la temperatura
ambiente es de 20 ºC y su coeficiente de dilatación
lineal 12,2x10 -6 ºC -1 .
Calcular:
a) Temperatura en grados centígrados a que debe
calentarse la llanta para cumplir las condiciones
expuestas.
b) Expresar esta temperatura en grados Fahrenheit y
en grados absolutos.
Respuesta. a) 347 ºC; b) 656,6 ºF, 620 K.
18. Una vasija de cinc (coeficiente de dilatación
lineal: 29x10 -6 ºC -1 ), está llena de mercurio a 100 ºC;
teniendo entonces una capacidad de 10 litros. Se
enfría hasta 0 ºC. Calcular la masa de mercurio a 0 ºC
que hay que añadir para que la vasija quede
completamente llena
(Coeficiente de dilatación cúbico del mercurio:
182x10 -6 ºC -1 ). Densidad del mercurio a 0 ºC 13,6
g/cm 3 .
Respuesta. 1,258 g.
19. La pared de concreto de un frigorífico mide 3,0
m de alto, 5,0 m de ancho, y 20 cm de espesor. La
temperatura se mantiene en –10º C y la temperatura
exterior es 20º C. La pared interior está cubierta por
una capa de lana para reducir el flujo de calor a través
de la pared por 90 %. Las conductividades térmicas
del concreto y de la lana son 0,8 y 0,04 W/m.K,
respectivamente.
a) ¿Cuál es la diferencia de temperaturas de la capa
de lana?
b) ¿Cuál es el espesor de capa de lana requerido?
20. Dos placas paralelas grandes están separadas por
0,5 m. Un círculo de 1,5 m de radio se delinea sobre
la placa de la izquierda. Un segundo círculo, del
mismo radio y opuesta a la primera, se delinea sobre
la placa de la derecha. La temperatura de la placa de
la izquierda es 700 K y la emisividad es 1,00. La
temperatura de la placa de la derecha es 600 K y la
emisividad es 0,80.
a) ¿El calor neto radiado entre los dos círculos es?
b) La temperatura de la placa izquierda se mantiene
en 700 k. La temperatura de la placa derecha se
cambia, tal que ahora el flujo de calor neto radiado es
cero, en el espacio entre los círculos. ¿Cuál es la
temperatura de la placa de la derecha?
21. Una esfera de 0,30 m de radio, tiene una
emisividad de 0,48 y su temperatura es de 600 K. La
esfera se rodea de una cáscara esférica concéntrica
cuya superficie interior tiene un radio de 0,90 m y
una emisividad de 1,00. La temperatura de la cáscara
65
es 400 K. ¿El calor neto radiado, incluyendo la
dirección, en el espacio entre las esferas y la cáscara
es?
22. Un proyectil de plomo choca contra un obstáculo.
¿Cuál es la velocidad en el momento del choque sí su
temperatura inicial era de 65 ºC y se funde la tercera
parte? Se supone el obstáculo inamovible e
inalterable. Calor específico del plomo 0,031 cal/g
ºC.
Temperatura de fusión: 327,4 ºC; calor de fusión:
5,74 cal/g.
Respuesta. 289,93 m/s.
23 Se lanza una esfera de plomo cuya temperatura
inicial es de 36 ºC, verticalmente y hacia abajo con
una velocidad v0; 100 metros más abajo encuentra un
plano absolutamente resistente de conductividad
calorífica nula. Calcular el valor de v 0 necesario para
que la esfera se funda totalmente en el choque. Calor
específico del plomo c = 0,031 cal/g ºC.
Temperatura de fusión del plomo t = 327,4 ºC.
Calor de fusión del plomo = 5,74 cal/g;
1 cal = 4,186 J; g = 9,8 m/s 2 .
Respuesta. 348,7 m/s.
24. Una masa de plomo igual a 10 g llega
horizontalmente, con una velocidad de 250 m/s sobre
una esfera de plomo de 450 g, en la cual se incrusta.
a) Estando, al principio, la esfera de plomo
inmovilizada, calcular el calentamiento que resultará
del choque.
b) Pudiéndose separar la esfera de plomo de la
vertical como un péndulo, se comprueba en una
segunda experiencia que se eleva 2 metros después
del choque. Calcular el calentamiento resultante. CPb=
0,03 cal/g.
Respuesta. a) 5,4 ºC; b) 5,2 ºC.
25. En un calorímetro sin pérdidas cuyo equivalente
en agua es de 101 g y cuya temperatura inicial es de
20 ºC, se añaden 250 cm 3 de agua a 40 ºC, 100 g de
hierro a 98 ºC (calor específico = 0,109 cal/g ºC) y 80
g de hielo fundente. Calcular la temperatura de
equilibrio.
Respuesta. 15,1 ºC.
26. Dentro de un calorímetro que contiene 1.000 g de
agua a 20 ºC se introducen 500 g de hielo a -16 ºC. El
vaso calorimétrico es de cobre y tiene una masa de
278 g.
Calcular la temperatura final del sistema, suponiendo
que no haya pérdidas.
Calor específico del hielo: 0,55 cal/g ºC
Calor específico del cobre: 0,093 cal/g ºC
Calor de fusión del hielo: 80 cal/g
Calor de vaporización del agua: 539 cal/g
Respuesta. 0 ºC no se funde todo el hielo; 201 g.
27. En un calorímetro de latón sin pérdidas, de 240
g, que contiene 750 cm 3 de agua a 20,6 ºC se echa