Problemaspropuestosyresueltos:TemperaturaycalorElaboradopor:ProfesoraPilarCristinaBarreraSilva Física,Serway,volumen1,cuartaedición19.1Untermómetrodegasavolumenconstantesecalibraenhielosecoatemperaturade-80,0oCyenelpuntodeebullicióndelalcoholetílicoa78,0oC.Lasdospresionesson0,900atmy1,64atm.(a)¿quévalordeceroabsolutoproducelacalibración?.(b)¿Cuáleslapresión(i)enelpuntodecongelacióndelagua?(ii)enelpuntodeebullicióndelagua?Física,Serway,volumen1,cuartaedición19.6Elpuntodefusióndeloroes1064oCyelpuntodeebulliciónes2660oC.(a)expreseestastemperaturasenKelvin(b)determineladiferenciaentreestastemperaturasengradoCelsiusyenKelvin.Física,Serway,volumen1,cuartaedición19.22Unabarradeacerosesometeaunafuerzadeestiramientode500N.Suáreadeseccióntransversalesde2,00cm3.Determineelcambioenlatempetaturaquealargaríalabarraenlamismacantidadquelohacelafuerzade500NFísicageneral,teoríayproblemas,compendiosSchaum.McGraww-Hill17.7Ladensidaddelmercurioa0°C13,6g/cm3ysucoeficientededilatacióncúbicaes1,92X10-4(°C)-1,halleladensidaddelmercurioa50°CSolución:Lamasadelmercurioes:𝑚 = 𝜌𝑉Estamasasemantieneconstante:entonces:𝑚 = 𝜌!𝑉! = 𝜌!𝑉!

Halloladensidaddos:𝜌! =!!!!

!!(!!!∆!)= 13,48 𝑔 𝑐𝑚!

Físicageneral,teoríayproblemas,compendiosSchaum.McGraww-Hill17.6Unrecipientedevidrioestállenocon50,00cm3demercurioa18,0°C.Halleelvolumenquesaledelrecipientesiseelevalatemperaturadelsistemaa38°C.Elcoeficientededilataciónlinealdelvidrioes9X10-6(°C)-1yelcorrespondientecúbicodelmercurioes:𝛽 =18X10-5(°C)-1.Solución:Elmercuriosedebedilatarmásqueelvidrio,enconsecuencia:Volumenquesaledemercurio=dilatacióndelmercurio–dilatacióndelvidrio

𝑉!"#$ = 𝛽!"#$𝑉!"!# !"#$∆𝑇!"#$ − 3𝛼!"#𝑉!"!# !"!∆𝑇!"#$ = 𝛽!"#$ − 3𝛼!"# 𝑉!"!#∆𝑇!"!#$%&= 0,15 𝑐𝑚!

Nota:inicialmenteelmercurioyelvidriotienenelmismovolumenFísicageneral,teoríayproblemas,compendiosSchaum.McGraww-Hill

19.7Unsistemafísicoestáconstituidoporlamezclade500gdeaguay100gdehieloalatemperaturadeequilibrio0°C.Seintroduceenelsistema200gdevapordeaguaa100°C.Hallelatemperaturafinalylacomposicióndelamezcla.Solución:Calorganadoporlamezcladehieloyagua+calorperdidoporelvapordeagua=0Calornecesarioparafundirelhieloyelevarluegolatemperaturaalvalor𝑇!:𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜: 𝐿!𝑚! + 𝑐!"#!𝑚!!"#$!!"#!(𝑇!-0)Calorperdido:−𝐿!𝑚!"#! + 𝑐!"#!𝑚!"#!(𝑇! − 100)Alaplicarcalorganadomáscalorperdidoydespejarlatemperaturadeequilibrioseobtiene:𝑇! = 150°𝐶Latemperaturafinaldeequilibrioresultamayorquelatemperaturadelvapordeagua,loqueindicaquelacantidaddevaporesmayorquelanecesariaparafundirtodoelhieloyelevarlatemperaturadeestehieloyelaguaa100°C,porconsiguientelatemperaturafinaldelsistemadebeser100°C,ypartedelvapordeaguanocambiadeestado,entonces:Llamo𝑚!lamasadelvaporquesecondensa:𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 ℎ𝑖𝑒𝑙𝑜 𝑦 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎: 𝐿!𝑚! + 𝑐!"#!𝑚!!"#$!!"#!(100 − 0)Calorliberadoenlacondensacióndelvapordeagua:

−𝐿!𝑚!Aplicocalorganadomáscalorliberadoydespejolamasadesconocidadevapordeaguaquesecondensayobtengo:

𝑚! = 126 𝑔Entonceslamezclafinalcontiene(200-126)g=74gdevapor,elrestosetransformaenagua,finalmentequedaaguaenestadolíquido:500g+100g+126g=726gdeaguaFísicaUniversitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición17.50Unrecipienteabiertoconmasadespreciablecontiene0,550kgdehieloa-15,0°C.Seaportacaloralrecipienteaunatasaconstantede800J/min(a)despuésdecuantosminutoscomienzaafundirseelhielo(b)cuantosminutosdespuésdeiniciadoelcalentamientolatemperaturacomienzaaelevarseporencimade0,0°C(c)dibujelagráficadetemperaturacomofuncióndeltiempoFísicaUniversitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición17.107Untrabajadorvierte1,250kgdeplomofundidoaunatemperaturade365,0°Cen0,500kgdeaguaaunatemperaturade75,00°C,enunrecipienteaisladodemasadespreciable.Suponerquenohaypérdidadecalorconlosalrededores,hallelamasadeplomoydelaguaremanenteenelrecipientecuandolosmaterialesalcanzanelequilibriotérmico.