PROBLEMAS RESUELTOS
DE FISICA
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Ejercicios de Física General

¿Cuál será la variación de energía interna que experimentará una masa de agua de 5 kg cuándo se lleva desde el estado líquido a 20ºC y 1 atmósfera de presión al estado de vapor a 100ºC y a la misma presión?. Calor de vaporización del agua \( 540\; KCal.Kg^{-1} \) .

Respuesta al ejercicio 24

La variación de energía interna de un sistema vendrá dada por la ecuación:
    \( \triangle E = Q - W \)
Para resolver el problema vamos a considerar la transformación del sistema en dos fases:
En la primera el paso del agua líquida de 20º a 100ºC.
La segunda la vaporización a su temperatura de ebullición.
La primera fase el trabajo es prácticamente nulo, por lo tanto
    \( \triangle E_1 = Q \)
Siendo Q el calor que hay que suministrar para elevar la temperatura del agua de 20º a 100ºC:
    \( Q = m·c·\triangle t = 5\times 1 \times 80 = 400 KCal \)
En la segunda fase o vaporización se produce un gran cambio de volumen y el trabajo a considerar será:
    \( \triangle E = Q - W = Q - P(V_2-V_1) \)
En la que Q es el calor de vaporización, \( V_2 \) el volumen del sistema en estado de vapor y \( V_1 \) el volumen del sistema en estado líquido.
A partir de la ecuación de los gases perfectos podemos deducir \(V_2 \) en las condiciones del problema:
    \( \displaystyle V_2 = \frac{n·R·T}{P} =\frac{\displaystyle \frac{5000}{18}\times 0,082\times373}{1}= 8500\;litros \)
Y a partir de ahí:
    \( \displaystyle \begin{array}{l}
    \triangle E = 540 \times 5 - \frac{1,013\times 10^6(8,5·10^6 - 5·10^3)}{10^7·10^3}\times 0,24 = \\
     \\
    = 2700 - 206,5 = 2493,5\; KCal
    \end{array} \)

donde hemos empleado el factor 1,013 para pasar de Atm a kPa. Y siendo 0,24 el factor para pasar a calorías.

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Página publicada por: José Antonio Hervás