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Solución del ejercicio n° 6 de ley de conservación de la energía. Problema resuelto.Ejemplo, cómo calcular la disipación del calor
Problema n° 6 de energía interna
Problema n° 6
Un trozo de hielo a 0 °C cae, partiendo del reposo, en un lago a 0 °C, y se funde un 0,5 % del hielo. Calcular la altura mínima desde la que cae el hielo.
Desarrollo
Datos:
ti = 0 °C
tf = 0 °C
ce = 2,094 kJ/kg·K = 2.094 J/kg·K
cL = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg
g = 10 m/s²
Fórmulas:
QS = ce·m·(tf - ti) (1)
QL = cL·m (2)
Ep = m·g·h (3)
Q + L = U (4)
Solución
Como no hay fuerzas aplicadas, no hay trabajo ni del medio sobre el sistema ni del sistema sobre el medio, por lo tanto la ecuación (4) queda:
Q + 0 = U
Siendo U la energía interna y considerando el enunciado U = Ep:
Q = Ep
Para que una parte del trozo de hielo se funda debe intervenir el calor latente de fusión del hielo, por lo tanto:
Q = Qs + QL
Como sólo se funde el 0,5 % de la masa del trozo de hielo:
Q = Qs + 0,5 %·QL
Q = Qs + 0,005·QL
Q = ce·m·(tf - ti) + 0,005·cL·m
Pero la temperatura inicial y final del hielo es la misma, por lo tanto:
Q = ce·m·0 °C + 0,005·cL·m
Q = 0 + 0,005·cL·m
La ecuación final (Q = Ep) queda:
m·g·h = 0,005·cL·m
Cancelamos la masa en ambos miembros:
g·h = 0,005·cL
Despejamos la altura h:
h = 0,005·cL/g
Reemplazamos y calculamos:
h = 0,005·(333.000 J/kg)/(10 m/s²)
h = 1.665 (J/kg)/(10 m/s²)
Como 1 J = 1 kg·m²/s²
h = 1.665 [(kg·m²/s²)/kg]/(10 m/s²)
Resultado, la altura mínima desde la que cae el hielo es:
h = 166,5 m
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Autor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
San Martín. Buenos Aires. Argentina.
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