Biofísica 2 P CISALE Jul 22 – 9 Termodinámica

 

En un calorímetro perfectamente adiabático en equilibrio térmico a 277 K, 100 g de agua y 50 g de plomo. Dentro del mismo se coloca un bloque de hielo de 250 g a - 70ºC. Calcule la temperatura final del sistema ( en ºC) al alcanzar el equilibrio térmico.

Datos: ce plomo = 0,33 cal/gºC; ce hielo = 0,5 cal/gºC; ce agua = 1 cal/gºC; ce vapor = 0,45 cal/gºC; Cf hielo = 80 cal/g; Cv agua = 540 cal/g

 

T agua = T plomo = 277 K - 273 = 4 ºC

 

Las opciones de la temperatura de equilibrio son : 

Opción I: 0ºC < Te < 4ºC

Opción II: Te = 0ºC

Opción III: -70ºC <  Te < 0ºC

 

Opción I: 0ºC < Te < 4ºC

Q =	ma * ce agua * (Te - 4ºC) +	Agua
	+ mp * ce plomo * (Te - 4ºC) +	Plomo
	+ mh * ce hielo * ( 0ºC - (-70ºC)) + + mh * cf hielo + + mh * ce agua * ce agua *(Te - 0ºC)	hielo (temperatura de cambio de fase) fusión del hielo hielo convertido en agua
	= 0	Calorímetro adiabático

 

Reemplazando y despejando Te

Te  = - ( 100 g * 1cal/gºC * (- 4ºC) + 50 g * 0,33 cal/gºC * (- 4 ºC) + 250 g * 0,5 cal/gºC * 70º C +  250 g * 80 cal/gºC ) / (100 g * 1 cal/gºC + 50 g * 0,33 cal/gºC + 250 g * 1 cal/gºC) = -77,2 ºC 

Te  = -77,2 ºC à Falso (Te > 0ºC)

 

 

Opción III: -70ºC <  Te < 0ºC

Q =	ma * ce agua * (0ºC - 4ºC) + + ma * ( - cf hielo) + + ma * ce hielo * (Te - 0ºC)	hielo (temperatura de cambio de fase) solidificación del agua agua convertida a hielo
	+ mp * ce plomo * (Te - 4ºC) +	Plomo
	+ mh * ce hielo * ( Te - (-70ºC))	hielo
	= 0	Calorímetro adiabático

 

Reemplazando y despejando Te

Te  = - ( 100 g * 1cal/gºC * (- 4ºC) +  100 g * ( - 80 cal/gºC) + 50 g * 0,33 cal/gºC * (- 4 ºC ) + 250 g * 0,5 cal/gºC * 70º C ) / (100 g * 0,5 cal/gºC + 50 g * 0,33 cal/gºC + 250 g * 0,5 cal/gºC) = -1,48 ºC

Te  = -1,48 ºC  Verdadero ( Te < 0ºC)