Este problema es una variante de B1-P01 — La barra de chocolate que se derrite — mismo prerrequisito y habilidad, con otro enunciado y otros números. Se usa para comprobar si esa ficha está realmente dominada, no para practicarla de nuevo.
- Calor específico Q=mcΔT
- Calor latente Q=mL
- Potencia = energía/tiempo (E=P·t)
- Durante un cambio de estado la temperatura permanece constante
Una barra de mantequilla de 80 g se coloca en una sartén caliente. La mantequilla está inicialmente a su temperatura de fusión de 35 °C. Se transfiere calor de la sartén a la mantequilla a una tasa constante Pin = 10 W, lo que hace que se derrita a una tasa constante de 5 g min⁻¹. Después de que toda la mantequilla se haya derretido, la mantequilla líquida continúa calentándose hasta una temperatura de 348 K. Calor específico de la mantequilla líquida = 2,0 kJ kg⁻¹ K⁻¹ Calor latente específico de fusión de la mantequilla = 90 J g⁻¹
- 1General — este problema tiene dos fases distintas: primero la mantequilla se derrite (cambio de estado, T constante), después la mantequilla líquida se calienta (T aumenta). No las mezcles.
- 2Apartado a) — durante un cambio de estado la temperatura no cambia. Como la energía cinética media de las moléculas depende de la temperatura, ¿qué le pasa a la energía cinética? La energía potencial, en cambio, está ligada a la separación entre moléculas (los enlaces que se rompen al pasar de sólido a líquido).
- 3Apartado b) — convierte 35 °C a kelvin (308 K) para poder restar con 348 K. El calor específico ya está en kJ kg⁻¹ K⁻¹, así que conviene pasar la masa a kg (0,080 kg).
- 4Apartado b), aplica — Q = mcΔT, con ΔT = 348 − 308 = 40 K.
- 5Apartado b), cifras — deberías obtener Q = 0,080 kg × 2,0 kJ kg⁻¹ K⁻¹ × 40 K = 6,4 kJ.
- 6Apartado c) — primero necesitas el tiempo que tarda en derretirse toda la barra: con una tasa de 5 g min⁻¹ y una masa total de 80 g, ¿cuánto tiempo tarda?
- 7Apartado c), energía suministrada — con Pin = 10 W constante y el tiempo de fusión que acabas de calcular (en segundos), usa E = P·t para obtener la energía total que entra durante la fusión.
- 8Apartado c), energía "útil" — la energía que realmente se necesita para fundir 80 g de mantequilla es Q = mL. Compárala con la energía suministrada: la diferencia es la que se "pierde" en el entorno. El porcentaje perdido es (perdida / suministrada) × 100.