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Guía de ejercicios resueltos de cambio de estado. TP04

Termodinámica: Solución del ejercicio n° 1 de cambio de estado, calor latente de vaporización y de fusión. Problemas resueltos.

Problema n° 1 de cambio de estado.

Problema n° 1) ¿Qué cantidad de calor cederá 1 kg de mercurio que está a 25 °C para pasar a sólido?

Desarrollo

Datos:

m = 1,0 kg

ti =  25 °C

ce = 0,033 kcal/kg.°C (calor sensible)

cL = 2,8 kcal/kg (calor latente de solidificación/fusión)

PF = -38,9 °C

Fórmulas:

QS = ce.m.(tf – ti) (1)

QL = cL.m (2)

QT = QS + QL (3)

Solución

Utilizamos la fórmula de calor (1) para calcular el calor que requiere para alcanzar el punto de fusión (solidificación en éste caso), es decir tomamos como tf = PF:

QS = ce.m.(PF – ti)

QS = (0,033 kcal/kg.°C).1,0 kg.(-38,9 °C - 25 °C)

QS = 0,033 kcal/°C.(-63,9 °C)

QS = -2,1087 kcal (el signo negativo indica que cedió calor)

Con esto conocemos la cantidad de calor cedida para alcanzar la temperatura de solidificación. Como el enunciado pide la cantidad de calor cedida para solidificarse completamente debemos calcular el calor durante la solidificación, para ello utilizamos la ecuación (2):

QL = cL.m

QL = (2,8 kcal/kg).1,0 kg

QL = 2,8 kcal

En el proceso de solidificación el mercurio cede calor, por lo tanto el resultado de ésta segunda etapa es:

QL = -2,8 kcal

Recordemos que durante el proceso de solidificación la temperatura permanece constante.

Finalmente sumamos ambas cantidades de calor (3):

QT = QS + QL (3)

QT = -2,1087 kcal - 2,8 kcal

QT = -4,9087 kcal

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