522 CAPÍTULO 19 Calor y la primera ley de la termodinámica

31. Un día a 22°C es cálido, mientras que el agua a 22°C en una al-berca se siente fría. ¿Por qué?

32. En el hemisferio norte, la cantidad de calor requerida para ca-lentar una habitación donde las ventanas dan hacia el norte esmucho mayor que la requerida para calentar una habitacióndonde las ventanas dan hacia el sur. Explique por qué.

33. La pérdida de calor ocurre a través de las ventanas mediante lossiguientes procesos: (1) ventilación alrededor de los bordes; (2) através del marco, particularmente si es de metal; (3) a través delos paneles de vidrio; y (4) radiación. a) Para los primeros tres,¿cuál es el mecanismo (o mecanismos) implicado(s): conducción,convección o radiación? b) ¿Las cortinas gruesas reducen algunade estas pérdidas de calor? Explique con detalle.

34. Temprano en el día, después de que el Sol alcanza la pendientede una montaña, tiende a haber un suave movimiento de airehacia arriba. Más tarde, cuando la pendiente entra en la som-bra, hay una suave corriente de aire descendente. Explique.

35. Una pieza de madera que se encuentra bajo los rayos del Solabsorbe más calor que una pieza de metal brillante. Sin embar-go, el metal se siente más caliente que la madera cuando ustedlo levanta. Explique por qué.

36. Una “manta de emergencia” es una delgada hoja de plásticobrillante (recubierta de metal). Explique cómo esta manta pue-de ayudar a mantener caliente a una persona inmóvil.

37. Explique por qué las ciudades situadas cerca del océano tien-den a registrar menos temperaturas extremas que las ciudadestierra adentro en la misma latitud.

Problemas19–1 Calor como transferencia de energía

1. (I) ¿A qué temperatura elevarán 8700 J de calor 3.0 kg de aguaque inicialmente están a 10.0°C?

2. (II) Cuando un buzo salta al océano, el agua que entra en labrecha entre la piel del buzo y su traje forma una capa de aguade aproximadamente 0.5 mm de grosor. Si se supone que elárea superficial total del traje que cubre al buzo es de aproxi-madamente 1.0 m2, y que el agua del océano entra al traje a10°C y el buzo la calienta a la temperatura de su piel que es de35°C, estime cuánta energía (en unidades de barras de dulce �300 kcal) se requieren para este proceso de calentamiento.

3. (II) Un persona activa promedio consume aproximadamente2500 Cal al día. a) ¿Cuánto es esto en joules? b) ¿Cuánto es es-to en kilowatt-horas? c) Si su compañía eléctrica le cobra apro-ximadamente $0.10 por kilowatt-hora, ¿cuánto costaría suenergía por día, si usted la comprara a la compañía eléctrica?¿Podría alimentarse con esta cantidad de dinero al día?

4. (II) Una unidad térmica británica (Btu) es una unidad de caloren el sistema inglés de unidades. Un Btu se define como el ca-lor necesario para elevar 1 lb de agua en 1 F°. Demuestre que

5. (II) ¿Cuántos joules y kilocalorías se generan cuando los frenosse usan para llevar un automóvil de 1200 kg al reposo desdeuna rapidez de 95 km/h?

6. (II) Un pequeño calentador de inmersión se clasifica a 350 W.Estime cuánto le tomará calentar un tazón de sopa (supongaque la sopa está hecha con 250 mL de agua) de 15 a 75°C.

19–3 y 19–4 Calor específico; calorimetría7. (I) El sistema de enfriamiento de un automóvil contiene 18 L

de agua. ¿Cuánto calor absorbe si su temperatura se eleva de 15a 95°C?

8. (I) ¿Cuál es el calor específico de una sustancia metálica si senecesitan 135 kJ de calor para elevar 5.1 kg del metal de 18.0 a37.2°C?

9. (II) a) ¿Cuánta energía se requiere para llevar una olla de 1.0 Lde agua de 20 a 100°C? b) ¿Durante cuánto tiempo esta canti-dad de energía podría activar una bombilla de 100 W?

10. (II) Muestras de cobre, aluminio y agua experimentan la mismaelevación de temperatura cuando absorben la misma cantidadde calor. ¿Cuál es la razón de sus masas?

11. (II) ¿Cuánto tarda una cafetera eléctrica de 750 W en llevar alhervor 0.75 L de agua inicialmente a 8.0°C? Suponga que laparte de la olla que se calienta con el agua está hecha de 280 gde aluminio, y que el agua no llega a consumirse.

1 Btu = 0.252 kcal = 1056 J.

12. (II) Una herradura de hierro caliente (masa � 0.40 kg), reciénforjada (figura 19-28), se deja caer en 1.05 L de agua en una ollade hierro de 0.30 kginicialmente a 20.0°C.Si la temperatura deequilibrio final es de25.0°C, estime la tem-peratura inicial de laherradura caliente.

FIGURA 19–28Problema 12.

13. (II) Un termómetro de vidrio de 31.5 g indica 23.6°C antes decolocarlo en 135 mL de agua. Cuando el agua y el termómetrollegan al equilibrio, el termómetro indica 39.2°C. ¿Cuál era latemperatura original del agua? [Sugerencia: Ignore la masa defluido dentro del termómetro de vidrio].

14. (II) Estime el contenido calórico de 65 g de dulce a partir de lassiguientes mediciones. Una muestra de 15 g del dulce se colocaen un pequeño contenedor de aluminio de 0.325 kg de masa lle-no con oxígeno. El contenedor se coloca en 2.00 kg de agua enel vaso de un calorímetro de aluminio de 0.624 kg de masa auna temperatura inicial de 15.0°C. La mezcla oxígeno-dulce enel pequeño contenedor se “enciende”, y la temperatura final detodo el sistema es 53.5°C.

15. (II) Cuando una pieza de hierro de 290 g a 180°C se coloca enel vaso de un calorímetro de aluminio de 95 g que contiene 250g de glicerina a 10°C, se observa que la temperatura final es de38°C. Estime el calor específico de la glicerina.

16. (II) La capacidad calorífica, C, de un objeto se define como la canti-dad de calor necesaria para elevar su temperatura en 1 C°. Por ende,para elevar la temperatura en �T se requiere un calor Q dado por

a) Escriba la capacidad calorífica C en términos del calor espe-cífico, c, del material. b) ¿Cuál es la capacidad calorífica de 1.0kg del agua? c) ¿De 35 kg de agua?

17. (II) La cabeza de un martillo de 1.20 kg tiene una rapidez de 7.5m/s justo antes de golpear un clavo (figura 19-29) y se lleva al re-poso. Estime el aumento de temperatura de unclavo de hierro de 14 g generado por10 de tales golpes de martilloefectuados en rápida suce-sión. Suponga que el clavoabsorbe toda la energía.

Q = C ¢T.

FIGURA 19–29Problema 17.