1. Determina el cambio en la energía interna de un gas que realiza un trabajo de 200 J sobre su entorno mientras se le suministran 150 J de calor.
La variación de la energía interna de un gas se puede calcular mediante la ecuación:
ΔU = Q - W
Donde:
ΔU = cambio en la energía interna
Q = calor suministrado al gas
W = trabajo realizado por el gas
En este caso, Q = 150 J y W = -200 J (ya que el trabajo es realizado sobre el entorno, por lo que es negativo), por lo que:
ΔU = 150 J - (-200 J) = 150 J + 200 J = 50 J
Por lo tanto, la energía interna del gas aumenta en 50 J.
2. Un líquido con una masa de 500 g experimenta un aumento de 30 °C de temperatura. Si el calor específico del líquido es 2J / (g deg) * C calcula el calor transferido.
Para calcular el calor transferido, utilizamos la fórmula:
q = m * c * ΔT
Donde:
q = calor transferido
m = masa del líquido = 500 g
c = calor específico del líquido = 2 J / (g deg) * C
ΔT = cambio de temperatura = 30 °C
Sustituyendo los valores en la fórmula:
q = 500 g * 2 J / (g deg) * C * 30 °C
q = 1000 J/deg * C * 30 °C
q = 30,000 J
Por lo tanto, el calor transferido al líquido es de 30,000 J.
3. Un trozo de 200 g de hierro, a 300 °C, se pone en contacto con 2000 g de agua líquida a 100°C hasta alcanzar el equilibrio térmico. ¿Cuál es la temperatura final del conjunto suponiendo que está aislado de los alrededores?
Para poder calcular la temperatura final del conjunto, primero debemos calcular el calor que pierde el hierro y el calor que gana el agua hasta que llegan al equilibrio térmico.
Para el hierro, utilizamos la fórmula:
Q = m * c * ∆T
Donde:
Q = calor ganado o perdido
m = masa del objeto
c = capacidad calorífica del material
∆T = cambio de temperatura
Para el hierro:
c hierro = 0.45 J/g°C (capacidad calorífica del hierro)
m hierro = 200 g
T inicial hierro = 300°C
Q hierro = 200 g * 0.45 J/g°C * (T final hierro - 300°C)
Para el agua:
c agua = 4.18 J/g°C (capacidad calorífica del agua)
m agua = 2000 g
T inicial agua = 100°C
Q agua = 2000 g * 4.18 J/g°C * (T final agua - 100°C)
Como el sistema está aislado, el calor ganado por el agua es igual al calor perdido por el hierro, por lo que:
Q hierro = - Q agua
200 g * 0.45 J/g°C * (T final hierro - 300°C) = -2000 g * 4.18 J/g°C * (T final agua - 100°C)
Resolviendo la ecuación anterior, se puede encontrar la temperatura final del conjunto.
4. Un sistema absorbe 4500 J de calor y transforma 1000 J en trabajo que hace sobre los alrededores. ¿Cuál es la eficiencia del sistema? Si además, el calor específico del sistema es 1.35 J/g °C, su masa es 845 g y su temperatura inicial es 20 °C, ¿cuál será su temperatura final?
Para calcular la eficiencia del sistema, primero necesitamos determinar la cantidad total de calor absorbido por el sistema:
Q_absorbido = 4500 J
La eficiencia del sistema se puede calcular con la fórmula:
Eficiencia = (Trabajo realizado) / (Calor absorbido)
Eficiencia = 1000 J / 4500 J
Eficiencia = 0.2222
Por lo tanto, la eficiencia del sistema es del 22.22%.
Para determinar la temperatura final del sistema, primero calculamos la variación de temperatura que experimenta debido a la absorción de calor:
Q_absorbido = m * c * deltaT
4500 J = 845 g * 1.35 J/g °C * (T_final - 20 °C)
4500 J = 1140.75 J/°C * (T_final - 20 °C)
T_final - 20 °C = 4500 J / 1140.75 J/°C
T_final - 20 °C = 3.9474
T_final = 23.9474 °C
Por lo tanto, la temperatura final del sistema será de 23.9474 °C.