Transferencia de enerxía: calor
description
Transcript of 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?
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
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 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 6, 7
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 ?
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
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?
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
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?
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 14, 15
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?
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 16, 17
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?
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 20, 21
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 22, 23
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 24, 26
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 27, 28
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?.
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 29, 30
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 43
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
6 Transferencia de enerxía: calor Física e Química
4.º ESOExercicios: 51
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