2014-1

Física General 2 - Ingeniería Industrial Departamento de Ciencias

PRÁCTICA 005: Temperatura y Dilatación

Ejercicio 01

Cierta escala termométrica ºX adopta los

valores 10 ºX y 510 ºX, respectivamente, para

los punto fijos de la escala Celsius. Cuánto

corresponde en la escala ºX el valor de 30 ºC.

Ejercicio 02

Al comparar la escala ºX de un termómetro

con la escala ºC (Celsius), se obtiene la

siguiente gráfica de correspondencia entre las

medidas:

Figura del Ejercicio 2

a) Para la temperatura de fusión del hielo ¿Qué

temperatura marcará el termómetro ºX?

b) Para la temperatura de vapor del agua ¿Qué

temperatura marcará el termómetro ºX?

Ejercicio 03

En un lugar en que la presión atmosférica es

760 mm de Hg introducimos un termómetro

Celsius en hielo fundente y luego en vapor de

agua hirviendo. El Termómetro mal graduado

marca 2º para el primero y 102,5º para el

segundo, ¿a qué temperatura sería correcto la

temperatura del termómetro?

Ejercicio 04

Dos vasos de agua, A y B, están inicialmente a

la misma temperatura. La temperatura del

agua del vaso A se aumenta 10 ºF; y la del

vaso B, 10 K. ¿Cuál vaso está ahora a mayor

temperatura? Explique su respuesta.

Ejercicio 05

Inocencio, un estudiante de ingeniería, cree

que el punto de ebullición del agua es lo que

mejor se presta como punto de referencia para

las escalas de temperatura. Se incomoda

porque corresponde a números extraños en las

escalas absolutas de temperatura que se usan

en la actualidad, y propuso una nueva escala

que llama Escala Inocencio. La unidad, de

escala de temperatura se llama Inocencio, se

representa por I, y al punto de ebullición del

agua en esa escala se le asigna el calor de 1000

I.

Desde el punto de vista termodinámico,

indique si es una escala admisible. También

determine el punto de congelación del agua en

la escala Inocencio y deduzca una relación

entre las escalas Inocencio y Celsius.

Ejercicio 06

Un mecánico ha de colocar un aro de 1 m de

diámetro a una rueda de madera de igual

diámetro. Con objeto de poder ajustarla,

calienta el aro hasta conseguir que su radio

supere en 2 mm al de la rueda. Si la

temperatura ambiente es 20 ºC y su coeficiente

de dilatación lineal 10-5

ºC-1

, calcular la

temperatura a que debe calentarse el aro para

cumplir las condiciones expuestas.

Ejercicio 07

Al introducir en un líquido un bloque de peso

W en aire, el dinamómetro marca N ¿Cuál será

la nueva lectura del dinamómetro al

incrementar la temperatura en T ºC? Suponga

que el líquido no dilata y que el coeficiente de

dilatación cúbica del bloque es Z.

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Ejercicio 08

Una vasija de Zn está llena de mercurio a 0 ºC,

teniendo una capacidad de 5 L. Calcular el

volumen de mercurio que se derrama a 100 ºC

por efecto de la mayor dilatación de este

último (αZn = 29×10-6

C-1

y αHg = 186×10-6

C-

1).

Ejercicio 09

La longitud de una columna d mercurio de un

termómetro es de 2,0 cm cuando el

termómetro se sumerge en agua con hielo y

24,0 cm cuando el termómetro se coloca en

agua hirviendo. (a) ¿Cuál será la longitud en

una habitación a 22,0 ºC? (b) La columna de

mercurio mide 30,0 cm cuando el termómetro

se introduce en solución química ¿Cuál es la

temperatura de la solución?

Ejercicio 10

Los remaches de aluminio para construcción

de aviones se fabrica un poco más grandes que

sus agujeros y se enfrían con ¨hielo seco¨ (CO2

sólido) antes de insertarse. Si el diámetro de

un agujero es de 4,5 mm, ¿qué diámetro debe

tener un remache a 23,0 ºC para que su

diámetro sea igual al del agujero cuando se

enfría a 278,0 ºC, la temperatura del hielo

seco? Suponga que el coeficiente de expansión

es constante α = 2,4×10-5

C-1

.

Ejercicio 11

Un recipiente se llena completamente con

2000 L de agua a 20 ºC. Cuando la

temperatura del recipiente y el agua se elevan

a 90 ºC, se derraman 9 mL de agua por el

borde del recipiente. Calcule el coeficiente de

expansión lineal del material del recipiente.

Ejercicio 12

Un péndulo de Foucault consiste en una esfera

de latón con un diámetro de 35,0 cm,

suspendida de un cable de acero de 10,6 m de

largo (ambas mediciones se hicieron a 20,0

ºC). Por una negligencia en el diseño, la esfera

oscilante libre el suelo por una distancia de

sólo 2,00 mm, cuando la temperatura es de

20,0 ºC ¿A qué temperatura la esfera

comenzará a rozar el suelo?

Ejercicio 13

Imagine que acaba de comenzar a trabajar

como ingeniero en Motores S.A. y le

encargaron diseñar pistones de latón que se

deslizarán dentro de cilindros de acero. Los

motores en los que se usarán los pistones

operarán a temperaturas entre 20 ºC y 150 ºC.

Suponga que los coeficientes de expansión son

constantes dentro de ese intervalo de

temperaturas. a) Si el pistón apenas cabe

dentro del cilindro a 20 ºC, ¿los motores

podrán operar a temperaturas más altas?

Explique su respuesta. b) Si los pistones

cilíndricos tienen un diámetro de 25,0 cm a 20

ºC, ¿qué diámetro mínimo deberán tenerlos

cilindros a esa temperatura, para que los

pistones operen a 150 ºC? (αlatón = 2×10-5

y

αacero = 1,2×10-5

).

Ejercicio 14

Un tubo de acero, cuyo coeficiente de

expansión lineal es αacero = 18×10-6

C-1

,

contiene mercurio, cuyo coeficiente de

expansión de volumen es βHg = 186×10-6

C-1

;

el volumen de mercurio contenido en el tubo

es 10-5

m3 a 0 ºC, se desea que la columna de

mercurio permanezca constante para un rango

normal de temperaturas. Esto se logra

insertando en la columna de mercurio una

varilla de silicio, cuyo coeficiente de

dilatación es despreciable. Calcular el

volumen de la varilla de silicio.