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Para determinar la cantidad de energía que se debe suministrar a un bloque de hielo de 5 kg de masa para llevarlo desde una temperatura de -10°C hasta una temperatura de 120°C, necesitamos considerar dos procesos diferentes:
1. Calentar el hielo desde -10°C hasta 0°C para convertirlo en agua a 0°C.
2. Calentar el agua desde 0°C hasta 120°C.
Para calcular la energía necesaria en cada etapa, utilizaremos la fórmula:
Q = m \times c \times \Delta T
Donde:
- Q es la energía en julios (J).
- m es la masa del objeto en kilogramos (kg).
- c es la capacidad calorífica específica del material en J/(kg·°C).
- \Delta T es el cambio de temperatura en grados Celsius (°C).
1. Calentar el hielo desde -10°C hasta 0°C:
La capacidad calorífica específica del hielo es de aproximadamente 2100 J/(kg·°C).
Q_1 = 5 \, \text{kg} \times 2100 \, \text{J/(kg·°C)} \times (0 - (-10)) \, \text{°C}
Q_1 = 5 \, \text{kg} \times 2100 \, \text{J/(kg·°C)} \times 10 \, \text{°C}
Q_1 = 105000 \, \text{J}
2. Calentar el agua desde 0°C hasta 120°C:
La capacidad calorífica específica del agua es de aproximadamente 4186 J/(kg·°C).
Q_2 = 5 \, \text{kg} \times 4186 \, \text{J/(kg·°C)} \times (120 - 0) \, \text{°C}
Q_2 = 5 \, \text{kg} \times 4186 \, \text{J/(kg·°C)} \times 120 \, \text{°C}
Q_2 = 2511600 \, \text{J}
Total de energía requerida:
Q_{\text{total}} = Q_1 + Q_2 = 105000 \, \text{J} + 2511600 \, \text{J} = 2616600 \, \text{J}
Por lo tanto, se debe suministrar un total de 2,616,600 julios de energía al bloque de hielo de 5 kg para llevarlo desde -10°C hasta una temperatura de 120°C.