Ejercicios: Capacidad calorífica, calor específico y cambios de fase

Define con tus palabras la capacidad calorífica y el calor específico de una sustancia, escribe la ecuación $Q = mc\Delta T$ e indica qué representa cada símbolo y en qué unidades del SI se expresa.

Calcula la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de $2.0\ \text{kg}$ de agua de $20\ °\text{C}$ a $60\ °\text{C}$. Usa $c_{\text{agua}} = 4186\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$.

Para fundir hielo se usa el calor latente de fusión del agua, $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$. Escribe la ecuación $Q = mL$ y calcula el calor necesario para fundir $0.50\ \text{kg}$ de hielo que ya está a $0\ °\text{C}$.

Una pieza de hierro de $0.40\ \text{kg}$ ($c = 450\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$) sale de un horno a $300\ °\text{C}$ y se deja enfriar hasta $30\ °\text{C}$. Calcula el calor que cede y su capacidad calorífica. Explica por qué el signo del calor es negativo si se toma como referencia la pieza.

En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable hay $0.30\ \text{kg}$ de agua a $20\ °\text{C}$. Josué introduce un bloque de aluminio de $0.20\ \text{kg}$ a $100\ °\text{C}$. Con $c_{\text{agua}} = 4186\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$ y $c_{\text{Al}} = 900\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$, calcula la temperatura de equilibrio del sistema.

Se calientan $0.25\ \text{kg}$ de agua líquida que está a $100\ °\text{C}$ hasta convertirla totalmente en vapor a $100\ °\text{C}$, con un calor latente de vaporización $L_v = 2.26\times10^{6}\ \text{J/kg}$. Calcula el calor necesario y compáralo con el que se requiere para calentar esa misma masa de agua de $20\ °\text{C}$ a $100\ °\text{C}$. Explica qué indica la comparación.

Ana Lucía quiere enfriar $0.50\ \text{kg}$ de jugo (trata el jugo como agua) que está a $25\ °\text{C}$ agregando hielo a $0\ °\text{C}$. Con $c_{\text{agua}} = 4186\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$ y $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$, calcula la masa de hielo necesaria para que la mezcla final quede a $5\ °\text{C}$, suponiendo que no hay pérdidas de calor. Analiza si el resultado es razonable.

En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable se mezclan $0.10\ \text{kg}$ de hielo a $-10\ °\text{C}$ con $0.40\ \text{kg}$ de agua a $40\ °\text{C}$. Usa $c_{\text{hielo}} = 2100\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$, $c_{\text{agua}} = 4186\ \text{J/(kg}\cdot °\text{C)}$ y $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$. Determina si todo el hielo se funde y calcula la temperatura final de equilibrio, argumentando cada etapa del proceso.