1. **Planteamiento del problema:**
Se tiene un recipiente adiabático con una masa inicial de hielo a -18° C. Se introduce un cuerpo B de 480 g con capacidad calorífica específica $C_e=0,35$ cal/g °C, que se enfría de 413 K a 293 K sin cambiar de estado. Se pide calcular la masa inicial de hielo.
2. **Datos y conversiones:**
- Masa cuerpo B: $m_B=480$ g
- $C_e$ cuerpo B: $0,35$ cal/g °C
- Temperaturas cuerpo B: $T_i=413$ K, $T_f=293$ K
- Temperatura inicial hielo: $-18$ °C
- Calor específico hielo: $C_{hielo}=0,5$ cal/g °C
- Calor específico agua: $C_{agua}=1$ cal/g °C
- Calor de fusión hielo: $L_f=80$ cal/g
Convertimos temperaturas de K a °C para cuerpo B:
$$T_i=413-273=140\ ^\circ C$$
$$T_f=293-273=20\ ^\circ C$$
3. **Ecuación de balance de energía:**
Como el sistema es adiabático, el calor cedido por el cuerpo B es igual al calor absorbido por el hielo para calentarse, fundirse y luego calentarse hasta 0 °C o más.
El cuerpo B pierde calor:
$$Q_B=m_B C_e (T_f - T_i) = 480 \times 0.35 \times (20 - 140)$$
Calculamos:
$$Q_B=480 \times 0.35 \times (-120) = -20160\ \text{cal}$$
El signo negativo indica que el cuerpo B pierde calor.
4. **Calor ganado por el hielo:**
El hielo inicialmente a -18 °C se calienta hasta 0 °C, luego se funde y el agua resultante se calienta hasta 0 °C (en este problema no se indica que suba de 0 °C, asumimos que queda a 0 °C).
Calor para calentar hielo de -18 °C a 0 °C:
$$Q_1 = m C_{hielo} (0 - (-18)) = m \times 0.5 \times 18 = 9m$$
Calor para fundir hielo:
$$Q_2 = m L_f = 80m$$
Calor para calentar agua de 0 °C a 0 °C (no hay cambio):
$$Q_3 = m C_{agua} (0 - 0) = 0$$
Total calor absorbido por el hielo:
$$Q_{hielo} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 9m + 80m = 89m$$
5. **Igualamos calor cedido y absorbido:**
$$-Q_B = Q_{hielo}$$
$$20160 = 89m$$
6. **Despejamos masa de hielo:**
$$m = \frac{20160}{89} \approx 226.52\ \text{g}$$
**Respuesta final:**
La masa inicial de hielo es aproximadamente **226.5 gramos**.
Masa Hielo 50Bae1
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