EQUILIBRIO TÉRMICO EJERCICIOS RESUELTOS PDF
EJERCICIO 1
En un recipiente de capacidad térmica despreciable se mezclan 10g de agua a 20°C con 50g de agua a 80°C. Determine la temperatura de equilibrio.
A) 80°C
B) 75°C
C) 80°C
D) 70°C
E) 90°C
EJERCICIO 2
Se mezclan 150g de agua a 40°C con 450g de agua a 20°C. Determine la temperatura de equilibrio térmico, si solo existe transferencia de calor entre ambas.
A) 30°C
B) 25°C
C) 35°C
D) 40°C
E) 55°C
EJERCICIO 3
Dos bloques de aluminio de 3kg y 9kg a 80°C y 120°C respectivamente, se ponen en contacto. Si solo existen transferencia de calor entre ambos, determine la temperatura de equilibrio térmico.
A) 110°C
B) 220°C
C) 170°C
D) 330°C
E) 55°C
EJERCICIO 4
Si 200g de agua a 15°C se mezcla con 400g de agua a 30°C, determine la temperatura que se alcanza en el equilibrio térmico.
A) 25°C
B) 35°C
C) 20°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 5
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tiene 100g de aceite a 40°C y se vierte 300g de aceite a 60°C. Determine la temperatura de equilibrio.
A) 30°C
B) 55°C
C) 60°C
D) 70°C
E) 65°C
EJERCICIO 6
Se mezclan tres sustancias A, B y C de diferente temperatura. Si al llegar al equilibrio térmico B ganó 74 cal mientras que C perdió 105 cal, determine si A ganó o perdió calor y en qué cantidad (en cal).
A) 31
B) 29
C) 39
D) 43
E) 54
EJERCICIO 7
¿En qué relación deben estar dos masas de agua que se encuentran a 15°C y 80°C, tal que su temperatura de equilibrio sea 40°C?
A) 1/2
B) 3/4
C) 3/5
D) 5/8
E) 4/9
EJERCICIO 8
Se mezcla 3kg de agua líquida a 5°C con 7kg de agua a 25°C. Determine la temperatura de equilibrio térmico.
A) 10°C
B) 19°C
C) 21°C
D) 33°C
E) 44°C
EJERCICIO 9
Se mezclan 600g de agua a 80°C con cierta masa de agua a 20°C lográndose una temperatura de equilibrio de 50°C. Determine la masa de la segunda cantidad de agua (en g).
A) 300
B) 1200
C) 1800
D) 750
E) 600
EJERCICIO 10
En un recipiente se tiene 48g de agua a 60°C. ¿Qué masa de agua a 0°C se debe verter en dicho recipiente de capacidad térmica despreciable tal que la temperatura de equilibrio sea de 15°C?
A) 200g
B) 100g
C) 500g
D) 144g
E) 250g
PROBLEMA 1
Señale la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones:
I) Si dos cuerpos tienen igual temperatura, éstos necesariamente están en contacto térmico.
II) La temperatura es una cantidad física fundamental; entre dos cuerpos en contacto térmico , tienden a igualarse.
III) Si un cuerpo A está en equilibrio térmico con otro B y también se sabe que A está en equilibrio térmico con otro C, entonces es imposible algún intercambio neto de calor entre B y C.
A) VVV
B) FFF
C) FVV
D) FFV
E) VFV
Resolución
I) Falso
Dos cuerpos pueden alcanzar la misma temperatura estando estos separados, puesto que la transferencia de energía se dará por radiación. En el medio ambiente podemos encontrar diferentes cuerpos a la misma temperatura, sin la necesidad de que estén en contacto.
II) Verdadero
La temperatura es una cantidad física fundamental, cuyo símbolo dimensional es:
[temperatura]=q .
La temperatura de un cuerpo indica en qué dirección se desplazará el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que éste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior al que tiene la temperatura más baja, el proceso continua hasta que las temperaturas de ambos se igualen.
III) Verdadero
Se muestra los cuerpos A, B y C; A estando en equilibrio térmico con otro B y también en equilibrio térmico con C. Al juntar B y C como también presenta la misma temperatura, es decir se hallan en equilibrio térmico, entonces no se va a producir intercambio neto de energía interna.
Rpta. : "C"
PROBLEMA 2
Señale la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones:
I) Si dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces entre ellos no hay lugar a un intercambio neto de energía.
II) Dos cuerpos en contacto térmico tienden a un estado final denominado equilibrio térmico.
III) Dos cuerpos en equilibrio térmico contienen la misma cantidad de calor.
A) VVV
B) FVV
C) VVF
D) FFV
E) FFF
Resolución
I) Verdadero
Cuando dos cuerpos uno caliente y el otro frio son puestos en contacto térmico, inmediatamente notaremos que el cuerpo caliente empezará a disminuir su temperatura mientras que el cuerpo frio aumentará su temperatura, esto se debe a un intercambio energético entre los cuerpos, el cual cesa cuando ambos alcancen el equilibrio térmico.
II) Verdadero
El intercambio de energía térmica entre dos cuerpos puestos en contacto cesa cuando estos alcance el equilibrio térmico. Por tanto dos cuerpos en contacto térmico tienden a un estado final denominado equilibrio térmico.
III) Falso
Dos cuerpos en equilibrio térmico se caracterizan por presentar la misma temperatura, más no la misma cantidad de calor.
Rpta. : "C"
PROBLEMA 3
Para calentar 5 litros de agua de 15°C a 30°C se consume 75g de combustible. El agua está depositada en un recipiente cuyo equivalente en agua es de 300g.
El calor de combustión del combustible utilizado, (en cal/g), es:
A) 1000
B) 1030
C) 1060
D) 1090
E) 1120
Resolución
Rpta. : "C"
PROBLEMA 4
En un centro de investigación se obtuvo un líquido artificial. Para medir su calor específico se coloca, en un envase de vidrio de 100g de masa, 500 g del líquido artificial. Ambos, envase y líquido, se encuentran a la temperatura de 20°C. En el envase con líquido, se coloca un objeto de oro de 500 g que se encuentra a la temperatura de 200°C. La temperatura final, en el equilibrio, es 25°C.
Considerando que el sistema está aislado térmicamente, calcule el calor específico del líquido artificial en J/kg°C.
Considere
c.e.vidrio =835 J/kg °C
c.e.oro =129 J/kg °C.
A) 1348
B) 2348
C) 3348
D) 4348
E) 5348
Resolución
Rpta. : "D"
EJERCICIO 11
En un recipiente que contiene 1,5 litros de agua a 20°C se introduce un metal de 3kg a 130°C. Si la temperatura de equilibrio es de 40°C, el calor específico (en cal/g°C) del metal es:
A) 1/2
B) 1/4
C) 3/5
D) 1/3
E) 1/9
EJERCICIO 12
Se vierten 105g de agua a 95°C en un recipiente de vidrio de 150g que se encuentra a 23°C. Determine la temperatura de equilibrio. (Cevidrio = 0,02 cal/gºC)
A) 93°C
B) 75°C
C) 81°C
D) 74°C
E) 97°C
EJERCICIO 13
Se mezclan las sustancias A; B, C y D a diferentes temperaturas de tal forma que al llegar al equilibrio térmico A ganó 80 cal, B perdió 35 cal. Determine cuánto ganó o perdió D si C no cambió su temperatura (en cal).
A) 40
B) 20
C) 45
D) 15
E) 30
EJERCICIO 14
Si se mezclan cantidades iguales de agua que se encuentran a 20°C y 70°C; la temperatura de equilibrio será:
A) 30°C
B) 25°C
C) 20°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 15
Indique las proposiciones correctas respecto al equilibro térmico, para dos cuerpos en contacto inicialmente a temperaturas diferentes.
I) El de mayor temperatura gana calor.
II) Las temperaturas finales son iguales.
III) Sólo existe flujo calorífico cuando las temperaturas son diferentes.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo III
D) Sólo I y II
E) Sólo II y III
EJERCICIO 16
En un recipiente de capacidad térmica despreciable se mezclan iguales cantidades de agua que están a 20°C y 90°C. Determine la temperatura de equilibrio térmico.
A) 80°C
B) 55°C
C) 65°C
D) 70°C
E) 75°C
EJERCICIO 17
En un recipiente ideal se tiene 100g de una sustancia desconocida a 20°C. Se introduce 50g de agua a 80°C. Determine el calor específico de la sustancia desconocida (en cal/g·ºC), si la temperatura de equilibrio es de 60°C.
A) 0,77
B) 0,25
C) 0,45
D) 0,50
E) 0,05
EJERCICIO 18
Determine la veracidad o falsedad de cada proposición adjunta.
I) Durante el equilibrio térmico existe calor.
II) La temperatura de equilibrio térmico es la semisuma de las temperaturas iniciales.
III) El equilibrio térmico significa que las fuerzas se equilibran.
A) VFF
B) FFF
C) VVV
D) FVF
E) VFV
EJERCICIO 19
En un recipiente de capacidad calorífica 10 cal/°C se tiene 390g de agua a 40°C y se mezclan con 200g de agua a 70°C. Determine la temperatura de equilibrio.
A) 50°C
B) 25°C
C) 20°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 20
En un recipiente de capacidad térmica despreciable se vierten dos cantidades de agua a 10°C y 80°C respectivamente, resultando 100g de agua cuya temperatura de equilibrio es 38°C. Determine la masa de cada cantidad vertida (en gramos), e indicar su diferencia.
A) 10
B) 20
C) 15
D) 5
E) 8
EJERCICIO 21
Un trozo de 100g de cobre que está a 100°C se sumerge en 72g de agua a 10°C. Determine la temperatura de equilibrio térmico. (CeCu = 0,09 cal/g°C)
A) 30°C
B) 80°C
C) 10°C
D) 40°C
E) 20°C
EJERCICIO 22
Determine la masa (en g) de un trozo de aluminio a 100°C que debe añadirse a 220g de agua a 10°C, tal que la temperatura de equilibrio sea de 40°C. (CeAl= 0,22 cal/g°C)
A) 450
B) 1500
C) 1000
D) 500
E) 600
EJERCICIO 23
En un recipiente de capacidad calorífica C = 100 cal/°C se tiene 400g de agua a 10°C. Si se vierten 600g de agua a 65°C en dicho recipiente, determine la temperatura de equilibrio.
A) 30°C
B) 25°C
C) 35°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 24
Determine el calor específico de un cuerpo (en cal/g°C) de 100g que se encuentra a 95°C. Si al introducirlo en un recipiente de capacidad calorífica despreciable que contiene 36g de agua a 30°C se alcanza una temperatura común de 35°C.
A) 0,32
B) 0,27
C) 0,17
D) 0,08
E) 0,03
EJERCICIO 25
En un recipiente de capacidad calorífica C = 50 cal/°C inicialmente a 0°C, se vierten, primero 100g de agua a 10°C y luego 400g de agua a 25°C. Determine la temperatura final del sistema.
A) 30°C
B) 25°C
C) 20°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 26
En un recipiente de capacidad calorífica C = 200 cal/°C se tienen 600g de agua a 10°C. Si se vierten, en dicho recipiente, 1000g de alcohol a 49°C, determine el calor (en kcal) ganado por el recipiente. (Cealcohol = 0,5 cal/g°C)
A) 4
B) 5
C) 6
D) 3
E) 8
EJERCICIO 27
En un recipiente hay 2 litros de agua a 20°C. ¿Cuántos litros de agua hirviendo (100°C) se debe agregar para que la temperatura de la mezcla sea de 60°C? (Cerecipiente= 0)
A) 1
B) 3
C) 5
D) 7
E) 2
EJERCICIO 28
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se colocan dos masas iguales de cobre y de hierro a 100ºC y 20ºC respectivamente. Determine la temperatura de equilibrio; si: Ce(Cu) = 0,09 cal/g°C y Ce(Fe)= 0,11 cal/g°C.
A) 28°C
B) 25°C
C) 56°C
D) 48°C
E) 45°C
EJERCICIO 29
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se mezclan 10g de agua que se encuentra a 20°C con 50g de agua a 80°C. Determine la temperatura de equilibrio.
A) 30°C
B) 70°C
C) 20°C
D) 80°C
E) 35°C
EJERCICIO 30
Determine el calor específico (en cal/g°C) de un sólido de 100g y que se encuentra a 95°C; si al introducirlo en un recipiente de capacidad calorífica despreciable que contiene 360g de agua a 30°C la temperatura de equilibrio es de 35°C.
A) 0,5
B) 0,4
C) 0,2
D) 0,3
E) 0,1
EJERCICIO 31
¿Qué masa de agua (en g) a 100°C se debe mezclar con 2000g de agua a 4°C, los cuales están en un recipiente de capacidad calorífica despreciable, tal que la temperatura de equilibrio sea de 20°C?
A) 100
B) 200
C) 300
D) 400
E) 500
EJERCICIO 32
Un calorímetro tiene una capacidad calorífica de 200cal/°C y contiene 200g de agua a 25°C. Se le vierte un líquido (ideal) de 100g a 95°C siendo la temperatura de equilibrio de 55°C. ¿Cuál es el calor específico del líquido (en cal/g°C)?
A) 3
B) 4
C) 5
D) 6
E) 2
EJERCICIO 33
Se tienen dos recipientes que contienen agua a 10°C y 80°C respectivamente. ¿Qué cantidad de agua (en g) se debe de tomar en cada recipiente para obtener 100g de agua a 38°C?
A) 10; 90
B) 20; 80
C) 30; 70
D) 40; 60
E) 50; 50
EJERCICIO 34
Un bloque de cobre (Ce = 0,09 cal/g °C) de 300g que se encuentra a 240°C se introduce en un calorímetro que contiene 250g de agua a 20°C. Si la capacidad calorífica del calorímetro es 20 cal/°C, calcule la temperatura de equilibrio, en °C.
A) 10
B) 20
C) 60
D) 15
E) 40
EJERCICIO 35
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable, se mezclan 20; 30 y 50g de agua a 80°C, 50°C y 10°C, respectivamente. Determine la temperatura de equilibrio.
A) 30°C
B) 24°C
C) 28°C
D) 36°C
E) 48°C
EJERCICIO 36
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se mezclan 400g de agua a 20°C con M gramos de agua a 70°C. Si la temperatura de equilibrio es de 50°C, calcule M.
A) 300
B) 1200
C) 1800
D) 750
E) 600
EJERCICIO 37
En un recipiente térmicamente aislado se mezcla 200 gramos de agua a 52°C con 80 gramos de agua a 10°C. Determine la temperatura de equilibrio de la mezcla, suponiendo que el intercambio de calor se realiza solo entre las porciones de agua.
A) 30°C
B) 25°C
C) 20°C
D) 40°C
E) 45°C
EJERCICIO 38
Se muestran dos esferas A y B inicialmente a 100°C y 300°C, respectivamente. Si se ponen en contacto, se obtiene que la temperatura de equilibrio es de 150°C. Calcule la masa de B. Considere que sus calores específicos se relacionan así CeA= 1,5 CeB.
A) 100g
B) 250g
C) 300g
D) 200g
E) 50g
EJERCICIO 39
Se mezclan 3 masas de agua a diferente temperatura: 20g a 20°C, 30g a 30°C y 40g a 40°C. ¿Cuál es, aproximadamente, la temperatura (en °C) de equilibrio?
A) 30,0
B) 31,5
C) 32,2
D) 34,5
E) 35,8
EJERCICIO 40
Dos cubos del mismo material y de arista L y 2L se encuentran a la temperatura de 10°C y 100°C, respectivamente. Hallar la temperatura final o de equilibrio al ponerlas en contacto, si no hay pérdida de calor.
A) 80°C
B) 75°C
C) 80°C
D) 70°C
E) 90°C
EJERCICIO 41
Se tiene un calorímetro, cuyo equivalente en agua es 48g, con 120g de agua a 20°C; si se introduce una barra de plata de 300g (Ce = 0,056 cal/g°C) a 130°C, halle la temperatura de equilibrio.
A) 75
B) 60
C) 45
D) 35
E) 30
EJERCICIO 42
Un calorímetro de 60g de equivalente en agua a 0°C contiene 500g de agua, en él se introducen 0,5kg de cobre de 200°C. Calcule la temperatura final de equilibrio (en °C) . Considere Ce(Cu)= 0,09 cal/g°C.
A) 10,45
B) 11,25
C) 12,75
D) 16,05
E) 16,80
EJERCICIO 43
En un recipiente de capacidad calorífica 200 cal/°C, se tienen 800g de agua a 20°C. Si en el recipiente introducimos una esfera de calor específico 0,2cal/g°C y de 1kg a 50°C, determine la temperatura de equilibrio.
A) 24°C
B) 25°C
C) 20°C
D) 40°C
E) 22°C
EJERCICIO 44
Un calorímetro de equivalente en agua igual a 10g de agua a 20°C. Si se introduce un cuerpo de 40g a 50°C. La temperatura final de equilibrio se logra a 40°C. Determine el calor específico del cuerpo. (en cal/g°C)
A) 1
B) 0,5
C) 0,75
D) 2
E) 1,5
EJERCICIO 45
Una masa de aluminio de 0,1kg, una de cobre de 0,2kg y otra de plomo de 0,3kg, se encuentran a la temperatura de 100°C. Se introducen en 2kg de una solución desconocida a la temperatura de 0°C. Si la temperatura final de equilibrio es de 20°C, determine el calor específico de la solución en J/kg°C. (CeAl=910J/kg°C, CeCu=390J/kg°C, CePb=130J/kg°C)
A) 186
B) 266
C) 286
D) 326
E) 416
EJERCICIO 46
Determine si las siguientes proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F) y marque la alternativa correspondiente
I) El experimento de Joule permitió demostrar que el calor es una forma de transferir energía.
II) El experimento de Joule permitió encontrar una equivalencia entre la unidad de calor y la unidad de energía mecánica.
III) El experimento de Joule muestra que el trabajo produce efectos similares a los producidos por el calor.
A) VFF
B) FFV
C) VVV
D) FVF
E) VFV
EJERCICIO 47
Un recipiente contiene 80g de agua a 20°C, se le agrega 100g de agua a 100°C, la temperatura de equilibrio es 60°C. Determine la capacidad calorífica del recipiente (en cal/°C).
A) 5,00
B) 10,0
C) 15,0
D) 20,0
E) 25,0
CALORÍMETRO
Es un recipiente térmicamente aislado conformado esencialmente por dos vasos de paredes plantadas y separados por una capa de aire.
El vaso mayor lleva una tapa de madera con dos perforaciones: una para colocar un termómetro y otra para dejar pasar un agitador.
EQUIVALENTE EN AGUA DE UN CALORÍMETRO
Se denomina equivalente en agua de un calorímetro a la cantidad de agua que tiene la misma capacidad calorífica que el calorímetro.
LA TEMPERATURA DE EQUILIBRIO
Aplicando la expresión que proporciona la cantidad de calor transferida, podemos determinar la temperatura final que se alcanza cuando se mezclan dos sustancias con temperaturas diferentes. Dicha temperatura final recibe el nombre de temperatura de equilibrio.
