Problema n° 2 de calorimetría - TP01

Enunciado del ejercicio n° 2

Se mezclan 20 g de agua a 40 °C con 15 g de alcohol a 30 °C. ¿Cuál ha sido la temperatura de equilibrio térmico?

Desarrollo

Datos:

m1 = 20 g = 0,02 kg (agua)

m2 = 15 g = 0,015 kg (alcohol)

ti1 = 40 °C (agua)

ti2 = 30 °C (alcohol)

ce1 = 1 kcal/kg·°C (agua)

ce2 = 0,6 cal/g·°C = 0,6 kcal/kg·°C (alcohol)

Para la resolución de éste ejercicio consultar los datos de la tabla:
"calor específico y latente de vaporización y de fusión"

Fórmulas:

Q = m·ce·(tf - ti)

∑Q = 0 (condición de equilibrio térmico)

Solución

El enunciado condiciona a que "no hay intercambio de calor con el medio", entonces podemos plantear el problema como si el proceso ocurriera en un calorímetro. Expresamos la condición de equilibrio con las 2 ecuaciones de cantidad de calor y con los signos correspondientes:

∑Q = 0

∑Q = m1·ce1·(tf1 - ti1) + m2·ce2·(tf2 - ti2) = 0

Sabiendo que:

tf1 = tf2 = tf (misma temperatura final para todos los componentes)

∑Q = m1·ce1·(tf - ti1) + m2·ce2·(tf - ti2) = 0

m1·ce1·(tf - ti1) + m2·ce2·(tf - ti2) = 0

Despejamos "temperatura final" (tf):

m1·ce1·tf - m1·ce1·ti1 + m2·ce2·tf - m2·ce2·ti2 = 0

m1·ce1·tf + m2·ce2·tf = m1·ce1·ti1 + m2·ce2·ti2

(m1·ce1 + m2·ce2)·tf = m1·ce1·ti1 + m2·ce2·ti2

tf =m1·ce1·ti1 + m2·ce2·ti2
m1·ce1 + m2·ce2

Reemplazamos y calculamos:

tf =0,02 kg·1kcal·40 °C + 0,015 kg·0,6kcal·30 °C
kg·°Ckg·°C
0,02 kg·1 kcal/kg·°C + 0,015 kg·0,6 kcal/kg·°C
tf =0,08 kcal + 0,27 kcal
0,02 kcal/°C + 0,009 kcal/°C
tf =1,07 kcal
0,029 kcal/°C

Resultado, la temperatura de equilibrio térmico es:

tf = 36,8965 °C = 36,9 °C

Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina

Ejemplo, cálculos de transferencia de calor y equilibrio térmico

Éste sitio web usa cookies, si permanece aquí acepta su uso.
Puede leer más sobre el uso de cookies en nuestra política de privacidad.