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PROBLEMAS BIOENERGÉTICA 1:
- Dentro de un calorímetro tenemos 100g de triclorometano a 35ºC. El
recipiente está rodeado de 1,75Kg de agua a 18ºC. Transcurrido un cierto
tiempo los dos productos están a la misma temperatura de 18,22ºC. ¿Cuál
es el calor específico del triclorometano? Dato: Calor específico del agua = 1
cal·g
- ¿Qué cantidad de calor es necesaria para fundir un bloque de hielo de 10Kg
que inicialmente está a -10ºC? Datos: Calor específico del hielo = 0,
Kcal·Kg
- ·K - . Calor de fusión del hielo = 79,7 cal·g - .
- ¿Qué cantidad de calor perderá por convección una persona desnuda de
1,5m
2 de superficie si está en contacto con aire a 0ºC y la piel está a 30ºC?
Suponer que el coeficiente de transferencia por convección valga
3 1 2 1 1 , 710
− − − − x Kcal ⋅ s ⋅ m ⋅ K.
- Una habitación tiene una ventana de 3m
2 de área de un vidrio de 1cm de
espesor. La conductividad térmica del vidrio es de
4 1 1 1 2 10
− − − − x Kcal ⋅ m ⋅ s ⋅ K.
La temperatura del aire exterior es de 3ºC. ¿A qué temperatura puede llegar
la habitación si la calentamos con una estufa de 1000W? ¿Y si se calienta
con una estufa de 2000W? Datos: 1J = 0,24 cal. 1W = 1J·1s
- A partir de las medidas de radiación solar recibida en la Tierra se puede
calcular que la superficie del Sol radia energía a un ritmo de 6240
2 W / cm.
Suponiendo que el Sol radia como un cuerpo negro, calcular la temperatura
de la superficie del Sol. Datos: 2 4
8 5 , 67 10 mT
W
x
−
σ = , 1 W = 1 J / 1 s
PROBLEMAS BIOENERGÉTICA 1 (Solución):
- Para alcanzar el equilibrio térmico el triclorometano cede calor, que, a su
vez, es absorbido por el agua. Según el criterio de signos sería:
− Qced = Q abs
Despejando el calor de la fórmula del calor específico, la expresión anterior quedaría como:
mA cA Δ TA =− mtct Δ T t
Despejando ct de la expresión anterior y sustituyendo los valores
obtendremos:
( ) g K
cal
m T
m c T c t t
A A A t ⋅
- Para poder fundir el hielo, debemos proporcionarle calor Q 1 para incrementar
su temperatura desde los -10ºC hasta los 0ºC y después utilizar el resto de
calor suministrado Q 2 en cambiar de estado a la temperatura constante de
0ºC. Por ello distinguimos dos fases:
Q = Q 1 + Q 2
Así con los datos suministrados vemos que:
Q 1 (^) = m ⋅ ch ⋅Δ T = 10 ⋅ 0 , 5 ⋅ 10 = 50 Kcal y
Q (^) 2 = m ⋅ cf = 10000 ⋅ 79 , 7 = 797000 cal = 797 Kcal
Por tanto:
Q = 50 + 797 = 847 Kcal
- El calor por unidad de tiempo perdido por convección viene expresado según
la ley de Newton:
Q = h ⋅ A ⋅Δ T
En este caso conocemos todos los datos y sólo debemos sustituir los valores
en las unidades adecuadas. De este modo:
s
Kcal Q x x
- 3 2 1 , 7 10 1 , 530 7 , 6510
− − = ⋅ ⋅ =
- El calor por unidad de tiempo perdido por conducción viene expresado
según la ley de Fourier:
l
T
Q k A
Al inicio debemos pensar que la habitación está en equilibrio térmico con el
exterior y, al no haber diferencia de temperaturas no habrá pérdidas de
calor. Al conectar la estufa y empezar a subir la temperatura interior comienza a generarse una diferencia de temperaturas que hace que se
produzcan pérdidas a través del vidrio.
