01_termodinamica

1.- ¿A qué temperatura coinciden las escalas Centígrada y Farenheit? Rta.: - 40 °C → -40 °F

2.- ¿A qué temperatura la lectura de la escala Farenheit será el doble de la lectura de la escala Centígrada? Rta.: 160 °C → 320 °F 3.- ¿Cuál es la variación de la longitud de un cable de latón de 10 m cuando su temperatura pasa de 20 °C a 70 °C?

latón = 20x10-6 1/°C

Rta.: 1 cm

4.- ¿Cuál será la longitud de un alambre de acero a 100 °C si a 0 °C mide 100 m?

acero = 12x10-6 1/°C

Rta.: l= 100,12 m

5.- Un cable flexible pero no elástico, está fijo entre los bornes a y b separados 96 cm.

A una temperatura t = 0 °C, un peso está suspen-dido en el centro según muestra la figura 1. A una temperatura t = 1.000 °C, se obtuvo la figura 2. ¿Cuál es el coeficiente de dilatación del ca-ble?

Rta.: = 0,000327 1/°C figura 1 figura 2

6.- ¿Cuál es el área de una placa de acero a 100 °C si a 0 °C mide 100 cm2?

Rta.: Ap = 100,24 cm2

7.- Se quiere proteger un cañón de latón 100,12 mm de diámetro externo a 20 °C por un cilindro de acero de 100 mm de diámetro interno a 20 °C.

a) ¿Hasta qué temperatura debe calentarse el cilindro de acero para que pueda rodear al cañón?b) ¿Hasta qué temperatura debe enfriarse el cañón y el cilindro si se quiere ahora separarlos?

Rta.: a) 120,06 °C; b) -130 °C

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL F.R.B.B.

FISICA II

Ejercicios Temas 1 a 3

Termodinámica

96 cm

37°37° 53°53°

96 cm


FISICA II - Temas 1 a 3 - Termodinámica

8.- Una placa tiene huecos de 1 cm2 a 20 °C y se quiere introducir clavijas de área transversal 1,012 cm2. ¿Hasta qué temperatura se debe calentar la placa de acero?

acero = 12x10-6 1/°C

Rta.: 520 °C

9.- ¿Cuál será el volumen de la esfera de acero a 100 °C si a 0 °C mide 100 cm3?

Rta.: V = 100,36 cm3

10.- Un cubo de latón de arista 10 cm, se dilata 6 cm3. ¿Cuál fue el aumento de la temperatura?

latón = 20x10-6 1/°C

Rta.: t = 100 °C

11.- ¿Cuánto aumenta un litro de mercurio cuando se calienta a 100 °C?

mercurio = 188,9x10-6

Rta.: v = 0,018 lt

12.- Un gas a baja presión tiene un volumen de 1 litro a 0 °C. Se calienta a presión constante hasta 273 °C. ¿Cuál es su nuevo volumen?

Rta.: V = 2 lt

13.- Un globo de vidrio contiene 1.650 g de mercurio a 20 °C y está completamente lleno. Si la temperatura sube hasta 120 °C, ¿qué cantidad de mercurio se derramará? dHg = 13,58 g/cm3

Rta.: 1.53 cm3

14.- Un trozo de metal de densidad , coeficiente de dilatación y calor específico c, recibe q calorías. De-mostrar que el aumento de volumen es igual a 3**q/*c

15.- Un bloque de metal de 150 g calentado a 100 °C se introduce en un calorímetro de aluminio de 50 g que contiene 200 g de agua a 25 °C. ¿Cuál es el calor específico del metal si la temperatura final es de 30 °C?

Rta.: cmetal = 0,10 Kcal/Kg.°C

16.- Un calorímetro de aluminio de 50 g contiene 200 g de un cierto líquido a la temperatura de 25 °C. Se vierten dentro del calorímetro 20 g del mismo líquido a la temperatura de 85 °C. ¿Cuál es el calor específico del líquido si la temperatura final es de 30 °C?

Rta.: c = 0,5375 Kcal/Kg.°C

17.- Un refrigerador con paredes de 3 cm deja penetrar demasiado calor del exterior. Se quiere disminuir este hecho por un factor de 10 utilizando un material de conductividad térmica 3 veces menor. ¿Cuál debe ser el espesor de las paredes (de igual área)?

2



Rta.: e = 10 cm

18.- Dentro de un termo refrigerante de icopor de 20 cm*30 cm*50 cm y de 5 cm de espesor, se encuentra 1 Kg de hielo a 0 °C. ¿Cuánto tiempo (horas) se demorará para fundirse si la temperatura exterior es de 30 °C?

Rta.: t = 6 hs

19.- Sea un cuadrado de cobre, aislado térmicamente, de 100 cm de arista y 3 cm2 de sección. Si en A se mantiene una temperatura constante de 100 °C y si en B se pone hielo a 0 °C, ¿cuál será la masa de hielo fun-dida en 1.000 segundos?

Rta.: mhielo = 45.85 g

20.- Una barra de acero y una de aluminio de igual sección y aisladas térmicamente, son unidas como mues-tra la figura. Las temperaturas son estables y de 100 °C y 10 °C en los extremos y de 40 °C en la unión. Si la longitud total de las dos barras es de 3 m, ¿cuál es la longitud de cada barra?

Rta.: lacero = 1 m; laluminio = 2 m

21.- Dos rieles de acero (acero = 10x10-6 1/°C) tienen una longitud de 6 m. Si se prevé una variación de tem-peratura de 100 °C, ¿cuál debe ser el espacio entre dos rieles consecutivos?

Rta.: l = 0.006 m

22.- Un anillo de coeficiente de dilatación lineal 2x10-5 1/°C y de área interna 100 cm2 a 0 °C debe rodear un eje de 101 cm2, ¿hasta qué temperatura debe calentarse el anillo?

Rta.: tfinal = 250 °C

23.- Un cuerpo de densidad 21,2 g/cm3 a 0 °C se calienta hasta 1.000 °C. ¿Cuál es su nueva densidad si el coeficiente de dilatación lineal 2x10-5 1/°C?

Rta.: = 20 g/cm3

3

100100

A-100 °C

B-0 °C

q1

q2

3 cm2

3 m

acero aluminio

40 °C100 °C 10 °C



24.- Un calorímetro de 55 g de cobre contiene 250 g de agua a 18 ºC. Se introduce en él 75 g de una aleación a una temperatura de 100 ºC y la temperatura resultante es de 20,4 ºC. Hallar el calor específico de la alea-ción. El calor específico del cobre vale 0,093 cal/g ºC

Rta.: cm = 0.1026 cal/g °C

25.- Una bala de plomo de 3 g se desplaza a 240 m/s cuando se incrusta en un bloque de hielo a 0 ºC. Si to-do el calor generado funde el hielo, ¿qué cantidad de hielo se derrite? (el calor latente de fusión para el hielo es de 80 Kcal/Kg y el calor especí6fico del plomo es de 0,030 Kcal/Kg ºC. Suponga que la bala estaba a 0 ºC.

Rta.: mhielo = 0,259 g

26.- En un recipiente aislado se agregan 250 g de hielo a 0 ºC a 600 g de agua a 18 ºC.

a) ¿Cuál es la temperatura final del sistema? b) ¿Qué cantidad de hielo queda cuando el sistema alcanza el equilibrio?

Rta.: a) tfinal= 0 °C: mhielo = 115 g; magua = 715 g 27.- Un bloque de hielo a 0 °C cae desde una altura de 41,8 Km (g = 10 m/s2). En el momento del choque contra el suelo y admitiendo que todo el calor producido por el choque es absorbido por el bloque, éste se funde y el agua llega hasta la temperatura de ……… °C

Rta.: tagua= 19,89 °C

28.- Un bloque de metal y uno de madera se encuentran a 10 °C. ¿Por qué al tocar el metal parece más frío que la madera? Si los dos bloques se encuentran a 50 °C, el metal parece más caliente que la madera. ¿Por qué?

29.- Se introducen 10 g de hielo a 0 °C en un calorímetro que contiene 200 g de agua a 25 °C. Si no se tiene en cuenta el calorímetro, la temperatura final será:

Rta: (a) 0 °C, (b) 10 °C, (c) 20 °C, (d) 21 °C, (e) 22,1 °C

30.- Si la masa del calorímetro es de 400 g y su calor específico 0,1 cal/g.°C. ¿Cuál será la temperatura final?

Rta: (a) 0 °C, (b) 12 °C, (c) 20 °C, (d) 20,8 °C, (e) 21,6 °C

Los ejercicios 31 y 32 se refieren a la siguiente información:

Se suministran 50 cal por segundo a una muestra formada de un bloque de hielo a 0 °C de 10 g. (Calor de fu-sión del hielo: 80 cal/g, calor de vaporización del agua: 540 cal/g)

31.- Después de 30 segundos, ¿cuál es la temperatura de la muestra?

Rta: (a) 0 °C, (b) 50 °C, (c) 70 °C, (d) 100 °C, (e) 150 °C

32.- ¿Cuánto tiempo se necesita para que la muestra se transforme en vapor a 100 °C?

Rta: (a) 20 seg., (b) 124 seg., (c) 144 seg., (d) 146 seg., (e) 7.200 seg.

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33.- Un Kg de hielo a 0 °C con velocidad de 41,8 m/seg, choca contra un lago congelado a 0 °C. ¿Cuántos gramos de hielo funde?

Rta.: (a) 2,6 g, (b) 10,9 g; (c) 45,5 g, (d) 209 g, (e) 875 g.

34.- Un bloque de hielo a 0 °C cae desde una altura de 41,8 Km (g constante = 10 m/seg2). En el momento del choque contra el suelo y admitiendo que todo el calor producido por el choque es absorbido por el blo-que, éste se funde y el agua resultante sube hasta la temperatura de:

(a) 0 °C, (b) 20 °C, (c) 100/(80+1) °C, (d) 40 °C, (e) 100 °C

Los ejercicios 35 y 36 se refieren a la siguiente información:

Un cubo de arista 10 cm y de masa 250 g, a la temperatura de 80 °C se introduce en un calorímetro que con-tiene 300 g de agua a 10 °C. El calor específico del cubo es 0.2 cal/g.°C y su coeficiente de dilatación lineal es 10-5 1/°C.

35.- La temperatura final del conjunto es:

(a) 4°C; (b) 15 °C; (c) 20 °C, (d) 30 °C; (e) 53,75 "C

36.- La arista del cubo de agua es:

(a) 9,4 cm, (b) 9,982 cm, (c) 9,994 cm, (d) 10,6 cm, (e) 10,006 cm

37.- El Sol calienta la Tierra por

(a) Conducción, (b) Difusión, (c) Convección, (d) Dispersión, (e) Radiación

38.- Una cacerola situada sobre un reverbero tiene un fondo de área de 600 cm2 y de 2 mm de espesor y está hecha de un material de conductibilidad térmica 0,9 cal/seg.cm.°C. Contiene agua en ebullición a 100 °C y se evaporan 2 g cada segundo. (Calor de vaporización 540 cal/g) ¿Cuál es la temperatura de la superficie de la cacerola en contacto con el reverbero?

(a) 100 °C; (b) 100.04 °C; (c) 100.4 °C, (d) 104 °C; (e) 140 "C Los ejercicios 39 y 40 se refieren a la siguiente información:

Sea una barra de longitud 100 cm, de área 60 cm2 y de coeficiente de conductibilidad térmica 0.9 cal/seg.-cm.°C. Un extremo está en contacto con vapor de agua a 100 °C mientras el otro extremo está en contacto con hielo a 0 °C (Calor de fusión del hielo: 80 cal/g, calor de condensa: 540 cal/g).

39.- ¿Qué cantidad de hielo funde en 80 segundos?

(a) 8 g, (b) 54 g, (c) 80 g, (d) 540 g, (e) 4.400 g 40.- ¿Qué cantidad de vapor se condensa en 80 segundos?

(a) 8 g, (b) 54 g, (c) 80 g, (d) 540 g, (e) 4.400 g

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Comparación de las escalas de temperatura

Capacidad calorífica

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