Respuesta:
Para determinar la cantidad de calor necesaria para convertir 20g de hielo a -10°C en vapor a 550°C, debemos considerar los cambios de fase y los cambios de temperatura involucrados.
Primero, necesitamos calcular la cantidad de calor requerida para calentar el hielo desde su temperatura inicial de -10°C hasta su punto de fusión a 0°C. La fórmula para calcular esto es:
Q1 = m * c * ΔT
Donde:
Q1 es la cantidad de calor requerida,
m es la masa del hielo (20g),
c es la capacidad calorífica del hielo (2.09 J/g°C),
ΔT es el cambio de temperatura (0 - (-10) = 10°C).
Sustituyendo los valores en la fórmula, obtenemos:
Q1 = 20g * 2.09 J/g°C * 10°C = 418 J
Esta cantidad de calor es necesaria para calentar el hielo hasta su punto de fusión.
Luego, necesitamos calcular la cantidad de calor requerida para fundir completamente el hielo. La fórmula para calcular esto es:
Q2 = m * ΔHfus
Donde:
Q2 es la cantidad de calor requerida,
m es la masa del hielo (20g),
ΔHfus es el calor latente de fusión del hielo (334 J/g).
Sustituyendo los valores en la fórmula, obtenemos:
Q2 = 20g * 334 J/g = 6680 J
Esta cantidad de calor es necesaria para fundir completamente el hielo.
Después, necesitamos calcular la cantidad de calor requerida para calentar el agua líquida desde el punto de fusión hasta su punto de ebullición a 100°C. La fórmula para calcular esto es:
Q3 = m * c * ΔT
Donde:
Q3 es la cantidad de calor requerida,
m es la masa del agua líquida (20g),
c es la capacidad calorífica del agua (4.18 J/g°C),
ΔT es el cambio de temperatura (100°C - 0°C = 100°C).
Sustituyendo los valores en la fórmula, obtenemos:
Q3 = 20g * 4.18 J/g°C * 100°C = 8360 J
Esta cantidad de calor es necesaria para calentar el agua desde su punto de fusión hasta su punto de ebullición.
Finalmente, necesitamos calcular la cantidad de calor requerida para convertir el agua líquida en vapor a 550°C. La fórmula para calcular esto es:
Q4 = m * ΔHvap
Donde:
Q4 es la cantidad de calor requerida,
m es la masa del agua líquida (20g),
ΔHvap es el calor latente de vaporización del agua (2257 J/g).
Sustituyendo los valores en la fórmula, obtenemos:
Q4 = 20g * 2257 J/g = 45140 J
Esta cantidad de calor es necesaria para convertir completamente el agua líquida en vapor.
Por lo tanto, la cantidad total de calor necesaria para convertir 20g de hielo a -10°C en vapor a 550°C es la suma de todas las cantidades de calor calculadas:
Cantidad total de calor = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
= 418 J + 6680 J + 8360 J + 45140 J
= 60398 J
Por lo tanto, se necesitan aproximadamente 60398 Julios de calor para realizar esta conversión.
