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Solución del ejercicio n° 1 de calorimetría. Problema resuelto.Ejemplo, cálculos de cantidad de calor con calorímetro de masas
Problema n° 1 de calorimetría
Problema n° 1
Calcular el calor específico del mercurio si se introducen 0,2 kg del mismo a 59 °C en un calorímetro con 0,37 kg de agua a 24 °C y la temperatura de equilibrio térmico es de 24,7 °C.
Desarrollo
Datos:
m1 = 0,2 kg (mercurio)
m2 = 0,37 kg (agua)
ti1 = 59 °C (mercurio)
ti2 = 24 °C (agua)
tf1 = tf2 = tf = 24,7 °C
ce2 = 1 kcal/kg·°C (agua)
Fórmulas:
Q = ce·m·(tf - ti)
∑Q = 0 (condición de equilibrio térmico)
Solución
El proceso ocurre en un calorímetro por lo tanto "no hay intercambio de calor con el medio" Expresamos la condición de equilibrio con las 2 ecuaciones de cantidad de calor y con los signos correspondientes:
∑Q = 0
∑Q = ce1·m1·(tf1 - ti1) + ce2·m2·(tf2 - ti2) = 0
∑Q = ce1·m1·(tf - ti1) + ce2·m2·(tf - ti2) = 0
ce1·m1·(tf - ti1) + ce2·m2·(tf - ti2) = 0
A continuación despejamos el calor específico (ce2):
ce1·m1·(tf - ti1) = - ce2·m2·(tf - ti2)
ce1 = - ce2·m2·(tf - ti2)/m1·(tf - ti1)
ce2 = -(1 kcal/kg·°C)·0,37 kg·(24,7 °C - 24 °C)/[0,2 kg·(24,7 - 59)
Sabiendo que la temperatura final del mercurio es inferior a su temperatura inicial:
ce2 = (1 kcal/kg·°C)·0,37 kg·(24,7 °C - 24 °C)/[0,2 kg·(59 °C - 24,7 °C)]
Este cambio de signo explica la dirección de la transferencia de calor del cuerpo con más energía al cuerpo con menos energía.
Resolvemos:
ce2 = [(0,37 kcal/°C)·0,7 °C]/(0,2 kg·34,3 °C)
ce2 = 0,259 kcal/6,86 kg·°C
Resultado, el calor específico del mercurio es:
ce2 = 0,0378 kcal/kg·°C
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Autor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
San Martín. Buenos Aires. Argentina.
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