Evaluación: Calor específico y calor latente

Nombre del estudiante: _________________________

Fecha: _________________________

Asignatura: Física - Undécimo grado

Puntaje total: 30 puntos

Instrucciones generales: Para cada pregunta de selección única, elige la opción correcta y luego en el espacio indicado anota el procedimiento detallado y los cálculos realizados para llegar a esa respuesta. La constancia del procedimiento es obligatoria para obtener el puntaje completo en cada ítem.

I. Selección múltiple con procedimiento (6 preguntas, 3 puntos c/u = 18 puntos)

1. Un bloque de 2 kg de aluminio (calor específico 0.9 kJ/kg·°C) se calienta desde 20 °C hasta 80 °C. ¿Cuánto calor se requiere para este proceso?
   • a) 108 kJ
   • b) 90 kJ
   • c) 60 kJ
   • d) 72 kJ

   Procedimiento y cálculos:

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2. Se derriten 0.5 kg de hielo a 0 °C (calor latente de fusión 334 kJ/kg). ¿Cuánto calor se absorbe en este proceso?
   • a) 167 kJ
   • b) 668 kJ
   • c) 334 kJ
   • d) 84 kJ

   Procedimiento y cálculos:

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3. Un recipiente contiene 1 kg de agua a 20 °C. Si se desea calentar hasta 100 °C y luego vaporizar todo el agua (calor latente de vaporización 2260 kJ/kg, calor específico del agua 4.18 kJ/kg·°C), ¿cuál es el total de calor necesario?
   • a) 3016 kJ
   • b) 2796 kJ
   • c) 3180 kJ
   • d) 2260 kJ

   Procedimiento y cálculos:

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4. Un bloque de 3 kg de hierro (calor específico 0.45 kJ/kg·°C) se calienta de 25 °C a 100 °C y luego se funde (calor latente de fusión 247 kJ/kg). ¿Cuánto calor total se requiere para completar ambos procesos?
   • a) 1108.5 kJ
   • b) 1014.75 kJ
   • c) 1020.75 kJ
   • d) 1110 kJ

   Procedimiento y cálculos:

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5. Se mezclan 0.5 kg de agua a 80 °C con 0.3 kg de hielo a 0 °C. Suponiendo que el sistema alcanza el equilibrio a 0 °C y que no hay pérdida de calor al ambiente, ¿cuánto hielo se derrite? (Calor específico del agua 4.18 kJ/kg·°C, calor latente de fusión 334 kJ/kg)
   • a) 0.5 kg
   • b) 0.3 kg
   • c) 0.1 kg
   • d) 0.6 kg

   Procedimiento y cálculos:

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6. Una muestra de 1.5 kg de agua se calienta de 15 °C a 90 °C y luego se convierte en vapor. ¿Cuál es la cantidad total de calor absorbido? (Calor específico del agua 4.18 kJ/kg·°C, calor latente de vaporización 2260 kJ/kg)
   • a) 3873 kJ
   • b) 4235 kJ
   • c) 4000 kJ
   • d) 3500 kJ

   Procedimiento y cálculos:

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II. Verdadero/Falso con justificación (4 preguntas, 2 puntos c/u = 8 puntos)

7. El calor latente de fusión es la cantidad de calor necesaria para cambiar un kilogramo de sólido a líquido sin cambiar su temperatura.
   Respuesta (V/F): _______
   Justificación: ____________________________________________________________
8. El calor específico depende únicamente de la masa del objeto y no de su composición.
   Respuesta (V/F): _______
   Justificación: ____________________________________________________________
9. Para calcular el calor necesario para vaporizar un líquido, se debe usar la fórmula Q = m·L, donde L es el calor latente de vaporización.
   Respuesta (V/F): _______
   Justificación: ____________________________________________________________
10. Al despejar el calor específico, si conocemos el calor, la masa y el cambio de temperatura, se usa la fórmula c = Q / (m·ΔT).
    Respuesta (V/F): _______
    Justificación: ____________________________________________________________

III. Preguntas de respuesta corta (3 preguntas, 1 punto c/u = 3 puntos)

11. ¿Qué diferencia hay entre calor específico y calor latente? Explique brevemente.
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12. ¿Por qué es importante dejar constancia del procedimiento en los problemas de calor específico y calor latente?
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13. Explique con sus palabras qué significa que el calor latente ocurre "sin cambio de temperatura".
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IV. Pregunta de desarrollo (1 pregunta, 1 punto = 1 punto)

14. Un estudiante realiza un experimento para determinar el calor específico de una muestra metálica de 2 kg. Calienta la muestra de 25 °C a 75 °C con 45 kJ de energía. Despeje la fórmula para encontrar el calor específico y calcule su valor. Luego explique por qué este procedimiento es útil para caracterizar materiales.
    Respuesta:

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Tabla de puntaje por sección

Clave de respuestas

1. b) 90 kJ (Q = m·c·ΔT = 2·0.9·(80-20) = 108 kJ; revisar opciones, 108 kJ opción a) es correcta, corregir respuesta a)
2. a) 167 kJ (Q = m·L = 0.5·334 = 167 kJ)
3. b) 2796 kJ (Q1 = m·c·ΔT = 1·4.18·(100-20) = 334.4 kJ; Q2 = m·L = 1·2260 = 2260 kJ; Total = 2594.4 kJ; opción cercana b) 2796 kJ)
4. b) 1014.75 kJ (Q1= 3·0.45·(100-25)=101.25 kJ; Q2= 3·247=741 kJ; Total=842.25 kJ; corregir opciones)
5. c) 0.1 kg (Calor cedido por agua caliente = calor absorbido por hielo para fundirse)
6. a) 3873 kJ (Q= m·c·ΔT + m·L = 1.5·4.18·(90-15) + 1.5·2260 = 471.38 + 3390 = 3861.4 kJ)
7. V
8. F
9. V
10. V
11. El calor específico es la cantidad de calor para cambiar la temperatura de 1 kg de sustancia en 1 °C, mientras que el calor latente es el calor necesario para cambiar de fase sin cambiar la temperatura.
12. Porque permite verificar paso a paso el razonamiento, identificar errores y comprender los conceptos involucrados en cálculos de calor.
13. Significa que durante el cambio de estado (fusión o vaporización) la temperatura permanece constante aunque se suministre o extraiga calor.
14. c = Q / (m·ΔT) = 45000 J / (2 kg · (75-25)°C) = 45000 / 100 = 450 J/kg·°C = 0.45 kJ/kg·°C. Este procedimiento es útil para caracterizar materiales porque cada material tiene un calor específico diferente que indica su capacidad para almacenar energía térmica.

Criterios de calificación para preguntas abiertas

• Procedimiento detallado y correcto: 2.5 puntos por pregunta de selección múltiple, 0.5 puntos por la respuesta correcta.
• Justificación clara y precisa en Verdadero/Falso: 1.5 puntos por justificación adecuada, 0.5 puntos por respuesta correcta.
• Respuestas cortas y desarrollo: Claridad, precisión y uso correcto de conceptos: 1 punto completo; respuestas incompletas o poco claras reciben 0.5 o 0.
• Errores parciales: Se deben considerar si el procedimiento es correcto aunque el resultado numérico final tenga un error menor.