Ejercicios: Calor específico, cambios de estado y equilibrio térmico

Define con tus palabras qué es el calor específico de una sustancia y escribe la expresión $Q = m\,c\,\Delta T$ indicando qué representa cada símbolo y en qué unidades del Sistema Internacional se expresa cada uno.

Camila calienta 0{,}50 kg de agua en una olla para preparar colada morada, de modo que su temperatura sube de 20 °C a 60 °C. Calcula la cantidad de calor que absorbe el agua. Usa $c_{agua} = 4.180\ \text{J/(kg·°C)}$.

Un cubo de hielo a 0 °C recibe energía y se derrite por completo sin que cambie su temperatura. Explica por qué la temperatura no aumenta mientras ocurre la fusión y nombra la magnitud física que describe la energía necesaria para fundir cada kilogramo de hielo.

Santiago necesita fundir 0{,}20 kg de hielo que está a 0 °C para preparar jugo. Calcula el calor que debe absorber el hielo para convertirse totalmente en agua a 0 °C y, después, el calor adicional para llevar esa agua hasta 25 °C. Datos: $L_f = 3{,}34\times10^{5}\ \text{J/kg}$ y $c_{agua} = 4.180\ \text{J/(kg·°C)}$. Indica el calor total.

Valentina mezcla 0{,}30 kg de agua a 80 °C con 0{,}60 kg de agua a 20 °C en un recipiente aislado. Calcula la temperatura de equilibrio, suponiendo que no hay pérdidas de energía hacia el ambiente. Explica brevemente qué principio de conservación aplicas.

En el laboratorio del colegio se suministra la misma cantidad de calor, $Q = 8{,}0\ \text{kJ}$, a dos bloques de igual masa, 1{,}0 kg: uno de aluminio ($c = 900\ \text{J/(kg·°C)}$) y otro de cobre ($c = 390\ \text{J/(kg·°C)}$). Ambos parten de 20 °C. Calcula la temperatura final de cada bloque e interpreta por qué difieren, relacionándolo con el calor específico.

Mateo introduce una pieza de aluminio de 0{,}40 kg, calentada a 150 °C, en un recipiente aislado que contiene 0{,}50 kg de agua a 20 °C. Considera $c_{Al} = 900\ \text{J/(kg·°C)}$ y $c_{agua} = 4.180\ \text{J/(kg·°C)}$, y desprecia la capacidad térmica del recipiente.

1. a) Calcula la temperatura de equilibrio.
2. b) Verifica que el calor cedido por el aluminio es igual al absorbido por el agua.
3. c) Explica por qué la temperatura final queda mucho más cerca de la inicial del agua que de la del aluminio.

Ariana quiere enfriar 0{,}25 kg de jugo (considéralo agua, $c = 4.180\ \text{J/(kg·°C)}$) desde 25 °C hasta 5 °C añadiendo hielo que está a 0 °C. Datos: $L_f = 3{,}34\times10^{5}\ \text{J/kg}$. Supón que el sistema está aislado y que el hielo se funde por completo y su agua resultante se calienta hasta la temperatura final de 5 °C.

1. a) Plantea el balance de energía entre el jugo y el hielo.
2. b) Calcula la masa de hielo necesaria.
3. c) Argumenta qué ocurriría con la temperatura final si, en lugar de la masa calculada, se añadiera el doble de hielo, y si todo el hielo llegaría a fundirse.