Problemas de Temperatura

PROBLEMAS PROPUESTOS DE TEMPERATURA Y CALOR

1) Dos barras metálicas yuxtapuestas y soldadas solamente por uno de sus extremos presenta a cualquier temperatura la misma diferencia de

longitud. Calentadas en , la razón de sus longitudes es n. Hallar la expresión algebraica de n, sabiendo que los respectivos coeficientes

de dilatación son y .

Como , de donde:

2) Un alambre de 60 cm de longitud se dobla en forma circular, dejando un vano de 1 cm entre sus extremos. Se eleva uniformemente la

temperatura del alambre en 100 con la cual dicha separación aumenta hasta 1,002 cm, ¿cuál es el coeficiente de dilatación del alambre?

El espacio vacío se comporta como si tuviera material.

3) Un alambre con longitud de 3m a 20 se alarga 1.7cm al calentarse a

420 .a) Calcule su coeficiente medio de expansión lineal para este

intervalo de temperatura. b) El alambre se tiende sin tensión a 420 .

Calcule el esfuerzo en él si se enfría a 20 sin permitir que se contraiga. El módulo de YOUNG del alambre es de

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FISICA IIPROBLEMAS RESUELTOS DE TEMPERATURA, CALOR -

TERMODINÁMICA

a)

b)

4) Un técnico pone una muestra de 0.0750 Kg. de un material desconocido,

que está a 100 , en un calorímetro cuyo recipiente inicialmente a 19

, está hecho en 0,150kg de cobre y contiene 0,200kg de agua. La

temperatura final del calorímetro es de 22,1 . Calcule la capacidad calorífica de la muestra.

5) Una olla de cobre de 0,500kg contiene 0,170kg de agua a 20 . Un

bloque de hierro de 0,200kg a 75 se mete en la olla. ¿Cuál es la temperatura final, suponiendo que no se cede calor al entorno?

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TERMODINÁMICA

6) Un sistema está constituido por la mezcla de 500g de agua y 100g de

hielo a la temperatura de equilibrio 0 . Se introduce un sistema 200g

de vapor de agua a 100 . Suponiendo la mezcla libre de influencias externas. a) Hallar la temperatura final del sistema. b) Determine la

composición final del sistema, ,

b) Como la temperatura de equilibrio es 150 ° C, quiere decir que toda la masa ser{a vapor

vapor = 500g + 100g + 200g = 800 g

7) Un frasco de vidrio ( ) de 6g que contiene una muestra de

12 g de una enzima con capacidad calorífica de , se enfría en un baño de hielo que contiene agua y 0,120kg de hielo. ¿cuánto hielo se

derrite para enfriar la muestra de la temperatura ambiente (22,1 ) a la temperatura del baño de hielo?

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TERMODINÁMICA

8) Un recipiente térmicamente aisladas sus paredes contiene 2,10kg de

agua y 0,250kg de hielo todo a 0 . Se inserta en el agua el tubo de salda de una caldera en la que hierve agua a presión atmosférica. ¿Cuántos gramos de vapor deben condensarse dentro del recipiente

para elevar la temperatura del sistema a 34 (Ignore el calor transferido al recipiente).

9) En una cierta estufa de gasolina para camping, el 30% de la energía liberada al quemar el combustible calienta el agua de la olla en la estufa.

Si calentamos de agua de 20 a 100 y evaporamos 0,25kg de ella. ¿Cuánta gasolina habremos quemado?.

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TERMODINÁMICA

Poder calorífico de la gasolina:

10) Una barra de 2m de longitud está formada por un núcleo macizo de acero de 1cm de diámetro , rodeado de una envoltura de cobre cuyo diámetro exterior es de 2cm. La superficie exterior de la barra está

aislada térmicamente, uno de los extremos se mantiene a 100 y el

otro a 0 . a) Calcular la corriente calorífica total de la barra. b) ¿Qué fracción es transportada por cada sustancia?

a)Para el acero:

Para el cobre:

b)

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TERMODINÁMICA

Fracción de corriente calorífica transportada por el núcleo de acero:

Fracción de corriente calorífica transportada por la envoltura de cobre:

11) Un extremo de una varilla metálica aislada se mantiene a 100 ,

y el otro se mantiene a 0 con una mezcla de hielo-agua la varilla tiene

40 cm de largo y área transversal de 0,750 .El calor conducido por la varilla funde 3g de hielo en 5 min. ¿Cuál es la conductividad térmica del metal (K)?.

PROBLEMAS PROPUESTOS DE TERMODINAMICA

1) 1kg de agua cuando hierve a 100 a la presión atmosférica se convierte en 1594 litros de vapor. Calcular : a) El trabajo en Joules y Kilográmetros. b) El aumento de energía interna en kCal.

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TERMODINÁMICA

Luego:

a)

b) (1ra Ley de la Termodinámica)

2) Una bola de hierro se deja caer de un piso de concreto desde una altura de 10m. En el primer rebote sube 0,50m, asumimos que toda la energía mecánica macroscópica perdida en el choque es adquirida por la bola. El

calor específico del hierro es .

a) ¿Se ha adicionado calor a la bola durante el choque?b) ¿Se ha realizado trabajo sobre la bola?c) ¿ha cambiado la energía interna de la bola? ¿Cuánto?d) ¿En cuánto se ha elevado la temperatura de la bola, luego del

primer choque?

a) No hay mucho tiempo de contacto, luego: , no hay transferencia de calor a la bola.

b) La energía mecánica perdida por la bola en el choque es

absorbida por ella, razón por la cual

De y como ,

, Luego se concluye que se ha hecho trabajo sobre la bola.

c)

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TERMODINÁMICA

d)

3) Tres moles de un gas ideal están a 27 , el volumen se reduce sin variar la temperatura hasta triplicar la presión

a) ¿dibuja un diagrama p vs. V para este proceso.b) Calcule el trabajo realizado por el gas.

a)

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TERMODINÁMICA

b)

4) Si se hierve agua a una presión de 2 Atm, el calor de vaporización es de

y el punto de ebullición es de 120 . A esta presión, 1kg

de agua tiene un volumen de y 1kg de vapor de agua 0,824 .a) Calcule el trabajo efectuado cuando se forma 1kg de vapor a esta

temperatura.b) Calcule la variación de energía interna del agua.

Líquido: Vapor:

a)

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TERMODINÁMICA

b)

5) Un gas en un cilindro se mantiene a presión constante y se

enfría y comprime de 1,20 a 0,80 . La energía interna del gas baja

.a) Calcule el trabajo efectuado por el gas.b) Calcule la magnitud del flujo de calor que entra o sale del gas, e

indique su dirección.

a)

b)

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TERMODINÁMICA

Flujo de calor: (sale del gas)

6) Se permite que un gas ideal que estaba a 4 Atm y 350 se expande adiabáticamente hasta duplicar su volumen. Calcule la presión y temperatura final si el gas es: a) monoatómico. b) diatómico.

……………….. (I)

……… (II)a) Gas monoatómico:

b) Gas diatómico:

7) Un sistema termodinámico se lleva desde el estado a al c de la fig.1, por el camino abc o bien por adc. A lo largo de abc, el trabajo W = 120 J. Las

energías internas de los 4 estados de la fig.1. , ,

y . Calcule el flujo de calor Q para los procesos ab, bc, ad y dc. En cada uno, ¿el sistema absorbe o libera calor?.

Proceso ab:

Proceso bc:

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TERMODINÁMICA

Proceso ad:

Proceso dc:

En todos los procesos absorbe calor

8) Ud. está diseñando un motor que funciona con aire comprimido. El aire

entra y sale del motor a presiones de y , respectivamente. ¿Qué temperatura debe tener el aire comprimido para que no haya posibilidad de que se forme escarcha en las puertas de salida del motor? Suponga que la expansión es adiabática(Nota: Se

forma escarcha si el aire húmedo se enfría por debajo de 0 durante la expansión).

, expansión adiabática

Para el aire:

9) Un motor de gasolina recibe 8000 J de calor y produce 2000 J de trabajo

por ciclo. El calor proviene de quemar gasolina con .a) Calcule la eficiencia térmica.b) ¿Cuánto calor se desecha en cada ciclo?c) ¿Qué masa de gasolina se quema en cada ciclo?d) Si el motor opera a 80 ciclos/s determine su potencial de salida en

Watts y en HP.

a)

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TERMODINÁMICA

b) En ciclo:

c)

d)

10) Un motor de gasolina tiene una potencia de salida de 150kW(201HP).Su eficiencia térmica es del 30%.

a) ¿Cuánto calor debe aportarse al motor cada segundo?b) ¿Cuánto calor desecha el motor cada segundo?

a)

Debe aportarse en cada segundo.b)

Cada segundo desecha

11) Para un ciclo Otto con y , la temperatura de la

mezcla gasolina-aire al entrar en el ciclo es de 22 (Diagrama p vs. V del ciclo Otto).

a) Determine la temperatura al final de la carrera de compresión(punto b)

b) La presión inicial de la mezcla es , un poco menor que la presión atmosférica. Calcule la presión al final de la carrera de compresión.

a)

b)

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TERMODINÁMICA

12) En un minuto un acondicionador de aire de ventana absorbe

en el aire exterior.a) Calcule el consumo de potencia de la unidad W.b) Calcule el coeficiente de rendimiento.

a)

b)

13) Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento de 2,20.

Durante cada ciclo absorbe de calor del depósito frío.a) ¿Cuánta energía mecánica se requiere en cada ciclo para operar

el refrigerador?b) Durante cada ciclo, ¿Cuánto calor se desecha al depósito caliente?

a)

b)

14) Una máquina de Carnot opera entre dos depósitos de calor a 450

y 300 .

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TERMODINÁMICA

a) Si el motor recibe 500 J de calor del depósito a 450 en cada

ciclo. ¿Cuántos Joules por ciclo cede al tanque a 300 ?b) ¿Cuánto trabajo mecánico realiza la máquina en cada ciclo?c) Determine la eficiencia térmica de la máquina.

a)

b)

c)

Su eficiencia es de

15) Un bloque de calor de 1kg, inicialmente a 100 se deja caer en

0,500kg de agua que está inicialmente a 0a) Calcule la temperatura final del sistema.b) Calcule el cambio total de la entropía del sistema.

El problema no se puede resolver debido a un error en la escritura del problema debido a que no existe un bloque de calor.

16) Una máquina para hacer hielo opera en un ciclo de Carnot, toma

calor del agua a 0 y desecha calor a un cuarto a 22 . Suponga que

40 kg de agua a 0 se convierte en hielo a 0 .a) ¿Cuánto calor se desecha al cuarto?b) ¿Cuánta energía debe aportarse al aparato?

a)

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TERMODINÁMICA

b)

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TERMODINÁMICA

Problemas de Temperatura

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