Problema nº 1 de calorimetría, cantidad de calor absorbida - TP08

Enunciado del ejercicio nº 1

Determinar la cantidad de calor que absorbe una masa de hielo de 250 g que está a -15 °C para pasar a 30 °C.

m = 250 g = 0,25 kg

tᵢ = -15 °C

t_f = 30 °C

cₑₕ = 0,5 kcal/kg·°C (calor sensible del hielo)

cₑₗ = 1 kcal/kg·°C (calor sensible del agua líquida)

c_L = 79,7 kcal/kg (calor latente de fusión)

P_F = 0 °C

Q_S = m·cₑ·(t_f - tᵢ) (1)

Q_L = m·c_L (2)

Q_T = Q_S + Q_L (3)

Utilizamos la fórmula de calor (1) para calcular el calor que requiere para alcanzar el punto de fusión, es decir tomamos como t_f = P_F:

Q_Sh = m·cₑ·(P_F - tᵢ)

Q_Sh = 0,5 kcal/kg·°C·0,25 kg·[0 °C - (-15 °C)]

Q_Sh = 0,125 kcal/°C·15 °C

Q_Sh = 1,875 kcal

Con esto conocemos la cantidad de calor absorbida para alcanzar el punto de fusión.

A continuación, mediante la ecuación (2), calculamos el calor necesario para que el hielo se funda completamente:

Q_L = m·c_L

Q_L = 79,7 kcal/kg·0,25 kg

Q_L = 19,925 kcal

Recordemos que durante el proceso de fusión (cambio de estado) la temperatura permanece constante.

Ahora calculamos el calor necesario para que el agua (ya no es el hielo) alcance los 30 °C, empleamos la ecuación (1):

Q_Sl = m·cₑ·(t_f - P_F)

Q_Sl = 1 kcal/kg·°C·0,25 kg·(30 °C - 0 °C)

Q_Sl = 0,25 kcal/°C·30 °C

Q_Sl = 7,5 kcal

Finalmente calculamos el calor total absorbido en todo el proceso utilizando la fórmula (3):

Q_T = Q_Sh + Q_L + Q_Sl

Q_T = 1,875 kcal + 19,925 kcal + 7,5 kcal

Resultado, la cantidad de calor que absorbe la masa de hielo es:

Q_T = 29,3 kcal

Resolvió: Ricardo Santiago Netto. Argentina

Ejemplo, cómo calcular la cantidad de calor absorbida