Ejercicios: Calorimetría: calor específico y calor latente

Define calor específico y calor latente, y escribe las expresiones $Q = mc\,\Delta T$ y $Q = mL$. Indica en qué situaciones se usa cada una.

Calcula el calor necesario para elevar la temperatura de $2.0\ \text{kg}$ de agua de $20\ ^\circ\text{C}$ a $60\ ^\circ\text{C}$. Usa $c = 4{,}186\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$.

Calcula el calor que se debe extraer para congelar por completo $0.50\ \text{kg}$ de agua que ya está a $0\ ^\circ\text{C}$. El calor latente de fusión del hielo es $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$.

Omar calienta un bloque metálico de $0.400\ \text{kg}$ hasta $100\ ^\circ\text{C}$ y lo sumerge en $0.500\ \text{kg}$ de agua a $20\ ^\circ\text{C}$ dentro de un recipiente aislado. La temperatura final de equilibrio es $25\ ^\circ\text{C}$. Calcula el calor específico del metal. Usa $c_{agua} = 4{,}186\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$ y desprecia el recipiente.

Yariela mezcla $0.300\ \text{kg}$ de agua a $80\ ^\circ\text{C}$ con $0.200\ \text{kg}$ de agua a $20\ ^\circ\text{C}$ en un termo bien aislado. Calcula la temperatura de equilibrio de la mezcla y explica qué principio de conservación usas.

Se calientan $0.250\ \text{kg}$ de hielo que están a $-10\ ^\circ\text{C}$ hasta convertirlos en agua líquida a $0\ ^\circ\text{C}$. Usa $c_{hielo} = 2{,}090\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$ y $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$. Calcula el calor necesario en cada etapa (calentar el hielo y fundirlo) y el calor total.

En un calorímetro aislado, de capacidad térmica despreciable, se colocan $0.100\ \text{kg}$ de hielo a $0\ ^\circ\text{C}$ y se les agrega $0.300\ \text{kg}$ de agua a $40\ ^\circ\text{C}$. Usa $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$ y $c_{agua} = 4{,}186\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$. a) Determina si el hielo se funde por completo comparando el calor que puede ceder el agua al enfriarse hasta $0\ ^\circ\text{C}$ con el necesario para fundir el hielo. b) Calcula la temperatura final de equilibrio.

Luis Carlos quiere enfriar $0.250\ \text{kg}$ de jugo (considéralo agua) que está a $25\ ^\circ\text{C}$ agregándole hielo a $-5\ ^\circ\text{C}$. Datos: $c_{agua} = 4{,}186\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$, $c_{hielo} = 2{,}090\ \text{J/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$ y $L_f = 3.34\times10^{5}\ \text{J/kg}$. a) Plantea la ecuación de conservación de energía para hallar la masa de hielo que debe agregar para que la mezcla final quede a $5\ ^\circ\text{C}$ y resuélvela. b) Explica por qué usar hielo enfría más eficazmente que usar la misma masa de agua fría a $0\ ^\circ\text{C}$.