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Solución del ejercicio n° 5 de calorimetría. Problema resuelto.Ejemplo, cálculos de cantidad de calor con calorímetro de masas
Problema n° 5 de calorimetría
Problema n° 5
En un calorímetro con 500 g de agua a 18 °C se introducen 150 g de cobre a 100 °C. Si la temperatura final es de 20,2 °C, ¿cuál es el calor específico del cobre?
Desarrollo
Datos:
m1 = 500 g (agua) = 0,50 kg
ti1 = 18 °C
m2 = 150 g (cobre) = 0,15 kg
ti2 = 100 °C
tf = 20,2 °C
ce1 = 1 kcal/kg·°C (agua)
Fórmulas:
Q = ce·m·(tf - ti) (1)
Solución
En el equilibrio térmico la temperatura final de la mezcla obviamente es única:
tf1 = tf2 = tf
Para resolver el problema planteamos las ecuaciones de cantidad de calor (Q) para cada componente:
Q1 = ce1·m1·(tf1 - ti1) (3) para el agua.
Q2 = ce2·m2·(tf2 - ti2) (4) para el cobre
Debemos tener en cuenta que la temperatura final del cobre es menor que su temperatura inicial, por lo tanto:
Q1 = ce1·m1·(tf - ti1) (3) para el agua.
Q2 = ce2·m2·(ti2 - tf) (4) para el cobre
Planteamos el equilibrio:
Q1 = Q2
ce1·m1·(tf - ti1) = ce2·m2·(ti2 - tf)
Despejamos el calor específico del cobre (ce2):
ce1·m1·(tf - ti1)/m2·(ti2 - tf) = ce2
ce2 = ce1·m1·(tf - ti1)/m2·(ti2 - tf)
Reemplazamos por los datos:
ce2 = [(1 kcal/kg·°C)·0,50 kg·(20,2 °C - 18 °C)]/[0,15 kg·(100 °C - 20,2 °C)]
Hacemos las cuentas:
ce2 = (0,5 kcal/°C)·2,2 °C/(0,15 kg·79,8 °C)
ce2 = 1,1 kcal/11,97 kg·°C
Resultado, el calor específico del cobre es:
ce2 = 0,0912 kcal/kg·°C
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Autor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
San Martín. Buenos Aires. Argentina.
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