taller de física térmica

7/26/2019 Taller de Fsica Trmica

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Prof. Marcos Guerrero

TALLER DE FSICA TERMICASECCIN A

1. Un bloque de cobre se coloca en contacto trmico con un bloque de hierro que tiene mayortemperatura. Los bloques tienen la misma masa y el intercambio de energa con el medio ambiente

puede considerarse como despreciable. Seleccione, Cul o cules de las siguientes opciones sern

verdad respecto de las magnitudes del cambio de la energa interna y del cambio de la temperatura decada bloque al llegarse al equilibrio trmico?

Cambio de la energa interna Cambio de la temperaturaA. igual igualB. desigual igualC. igual desigual

D. desigual desigual

2. Una tira bimetlica est hecha de latn y hierro como se indica abajo. A la temperatura ambiente,est derecha.

Los coeficientes de dilatacin lineal para el latn y el hierro son los siguientes: latn= 2.4 x 105K-1

hierro= 1.1 x 105K

-1

Escoja, Cul de lo siguiente establece correctamente lo que suceder cuando la temperatura de la tira seaumenta o disminuya?

Temperatura de la tira aumentada Temperatura de la tira disminuidaA. Se dobla hacia abajo Se dobla hacia arribaB. Se dobla hacia abajo se dobla hacia abajoC. Se dobla hacia arriba se dobla hacia arribaD. Se dobla hacia arriba se dobla hacia abajo

3. Cuando se deja enfriar una barra metlica caliente. Indique, Cul es la alternativa correcta?A. su densidad disminuyeB. su densidad permanece igualC. su densidad aumentaD. su densidad disminuye y despus aumenta

4. Una varilla de hierro es ms larga que la otra segn se indica en la figura. Ambas estn a la misma

temperatura.

Sus temperaturas se aumentan ahora la misma cantidad. Identifique, Qu ser cierto acerca de loscambios de longitud de las dos varillas?

A. los cambios sern igualesB. el cambio ser mayor para la varilla ms larga

C. el cambio ser mayor para la varilla ms cortaD. ninguna de las varillas cambiar de longitud

5. Seleccione la alternativa correcta. El frasco de Dewar se lo utiliza para eliminar las prdidas de calorpor:

A. conduccin solamenteB. conveccin solamenteC. radiacin solamente

D. conduccin, conveccin y radiacin

6. Seleccione la alternativa correcta. El cuerpo humano pierde energa a su entorno por:A. conduccin y conveccin solamenteB. conveccin y radiacin solamente


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C. conduccin y radiacin solamenteD. conduccin, conveccin y radiacin

7. El diagrama muestra el grfico de la fuerza interatmica en funcin de la distancia para un par detomos en un slido.

Escoja, Qu caracterstica del grfico ayuda a explicar el fenmeno de la expansin del slido con elaumento de temperatura?A. el gradiente de la curva en el punto QB. el gradiente de la curva en el punto RC. el hecho de que el grfico no es simtrico alrededor del punto R

D. el hecho de que el grfico no es lineal en la regin del punto Q

8. La figura muestra una placa rectangular de bronce ( zona oscura ) en la que se ha recortado unagujero, tambin rectangular, de dimensiones x e y como se indica. Si la placa se calienta

uniformemente:

Indique, Qu ser cierto acerca de las dimensiones x e y?A. x aumentar e y disminuirB. tanto x como y disminuirnC. x disminuir e y aumentar

D. tanto x e y aumentar

9. Se estn considerando tres productos como posibles aislantes trmicos. Los espesores yconductividades de los tres productos son los siguientes:

Conductividad/unidades arbitrarias Espesor/unidades arbitrariasproducto I 12 4producto II 6 6

producto III 4 2

Para un rea de seccin transversal dada, seleccione, Qu producto sera el mejor aislante trmico?A. producto IB. producto IIC. producto III

D. los tres daran el mismo aislamiento

x

y

0

R

Q

Distancia

Fuerza


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10.El diagrama muestra las cuatro etapas de un ciclo termodinmico. Cul de las siguientes alternativas

describe el proceso BA ?

A. expansin isotrmica.B. compresin isotrmica.C. expansin adiabtica.D. compresin adiabtica.

11. Cul de las siguientes opciones define la energa interna de un sistema?A. la energa trmica total ganada por el sistema durante la fusin y la ebullicin.B. la suma de las energas potencial y cintica de las partculas del sistema.C. el trabajo externo total realizado sobre el sistema durante la fusin y la ebullicin.

D. el cambio en la energa potencial del sistema que ocurre durante la fusin y la ebullicin.

12.La grfica siguiente muestra la variacin con el volumen V de la presin P de un gas durante un ciclo

termodinmico. Durante cul de los procesos PQ, QR, RS y SP, realiza el gas trabajo externo?A. PQ slo.B. RS sloC. QR y RS slo.

D. PQ y RS slo.

13.Si un gas se expande rpidamente, el proceso ser aproximadamente:

A. isobrico.B. isotrmico.C. adiabtico.D. isovolumtricos.

14.Al comprimir un gas dentro de un cilindro a temperatura constante mediante un pistn la presin delgas aumenta. Considere las siguientes tres afirmaciones:

I. El ritmo al que las molculas chocan con el pistn aumenta.

II. La velocidad media de las molculas aumenta.III. Las molculas chocan entre s con ms frecuencia.

Qu afirmacin o afirmaciones explican correctamente el incremento de la presin?A. I solamenteB. II solamente

C. I y II solamenteD. I y III solamente.

15.Un volumen fijo de gas ideal est a una temperatura de 270C. Para duplicar la presin a volumen

constante, la temperatura deber:A. disminuirse hasta menos de 123

0C.

B. disminuirse hasta 13,50C.

C. aumentarse hasta 540C.

D. aumentarse hasta 327 0C.


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16.La lnea continua del grfico siguiente representa los cambios de presin y volumen que experimentaun gas ideal en una expansin isotrmica.

La lnea de trazos representa los cambios de presin y volumen en una expansin que no esisotrmica. En la expansin no isotrmica, la energa interna del gas:

A. aumenta.B. disminuye.C. permanece igual.

D. cambia, pero tan slo a partir del grfico no puede determinarse si aumenta o disminuye.

17.Al comprimir un gas adiabticamente el trabajo que se ejerce sobre el gas es:

A. cero.B. inferior al cambio sufrido por la energa interna, pero sin ser cero.C. igual al cambio sufrido por la energa interna.D. mayor que el cambio sufrido por la energa interna.

18.La energa absorbida por un gas ideal durante una expansin isotrmica es igual:

A. al trabajo realizado por el gas.B. al trabajo realizado sobre el gas.C. al cambio en la energa interna del gas.D. a cero.

19.Un gas se somete a un proceso adiabtico cclico ACBA como se muestra en el

diagrama P-V. El trabajo realizado por el gas durante un ciclo completo es:A. 24 kJB. 12 kJC. 6 kJD. 4 kJ

20.Un gas est contenido en un cilindro mediante un mbolo mvil. Cuando se comprime el gasrpidamente mediante el pistn, aumenta la temperatura del gas. Esto puede comprenderse por elhecho de que las molculas del gas:

A. estn siendo empujadas ms cerca una de otra.B. chocan ms a menudo una con otra.C. tienen ahora menor volumen en que moverse.D. han ganado energa del mbolo mvil.

expansin

isotrmica

expansin no

isotrmica

Presin

Volumen

A

B

C

P(kPa)

V(m3)6,0 10,0

2,0

8,0


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21.Un gas ideal se expande isotrmicamente, absorbiendo una cantidad de energa Q, en el proceso.Despus vuelve a su volumen inicial adiabticamente. Durante el proceso adiabtico, el cambio deenerga interna del gas ser:A. cero.B. menor que Q.

C. igual a Q

D. mayor que Q.

22.El diagrama P-V muestra dos isotermas correspondientes a una masa fija de un gas ideal atemperaturas TXy TY. Cul de las expresiones que siguen es la correcta?

A. TX> TY.

B. TX< TY.C. TX= TY.D. Las temperaturas no pueden compararse partiendo de un diagrama P-V solamente.

23. Cul de los siguientes diagramas representa correctamente las direcciones en que se producen lastransferencias de energa que tienen lugar en una bomba de calor?

P

V

TY

TX


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24.El grfico que sigue representa la variacin de la presin con respecto al volumen de un sistema.

El trabajo realizado para comprimir el gas de R a P es:A. 5,0 x 10

5J

B. 4,5 x 105J

C. 3,0 x 105J

D. 0 J

25.Un gas ideal se encierra en un cilindro dotado con un pistn como se muestra. Las paredes delcilindro son conductores trmicos. El gas se comprime isotrmica mente empujando el pistnlentamente.

En este proceso, la energa trmica intercambiada con los alrededores ser:A. cero.B. menos que el trabajo realizado.C. igual al trabajo realizado.

D. mayor que el trabajo realizado.

26. Cul de las siguientes opciones describe correctamente los cambios, si los hay, de la energa cinticay de la energa potencial de las molculas de un lquido cuando est en ebullicin?

Energa cintica Energa potencialA. aumenta aumentaB. aumenta permanece constante

C. permanece constante aumentaD. permanece constante permanece constante

27.Se comprime a temperatura constante una cantidad fija de un gas ideal. La mejor explicacin para elaumento de presin es que las molculas:

A. estn movindose ms rpidamente.B. estn chocando ms frecuentemente contra las paredes del recipiente.C. se ejercen mutuamente fuerzas mayores.D. estn chocando ms frecuentemente entre ellas.

28.Se calienta continuamente un vaso con agua hirviendo. El vapor se escapa al entorno. Cul de lassiguientes respuestas indica correctamente los cambios en entropa del agua hirviendo y del entorno?

Agua hirviendo EntornoA. aumenta constanteB. aumenta aumentaC. disminuye constanteD. disminuye aumenta


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29.Una bola metlica a temperatura de C0

200 est suspendida dentro de un recipiente en el que se ha

hecho vaco (evacuado). Las paredes del recipiente se mantienen a una temperatura constantede

C0

100 .

Cul de las siguientes afirmaciones sobre la temperatura de la bola es correcta?I. La bola, al final, llegar al cero absoluto.

II. La bola seguir a C0

200 .

III. La bola finalmente llegar a C0

100 .

IV. La bola, al final, alcanzar una temperatura entre C0

200 y C0

100 .

30.Un gas ideal se expansiona isotrmicamente, realizando un trabajo externo de J2500 . La energa

trmica absorbida por el gas en este proceso es:A. cero.

B. Menor que J2500 .

C. Igual a J2500 .

D. Mayor que J2500 .

31.Un recipiente bien aislado est dividido por un tabique en dos partes con igual volumen. Una de ellas

contiene un gas ideal y en la otra se ha hecho el vaco, como se muestra la figura.

Entonces, se retira el tabique. Cul de las siguientes opciones indica correctamente los cambios, si loshay, que tienen lugar en la energa interna y en la entropa del gas?

Energa interna EntropaA. no cambia no cambia

B. no cambia aumentaC. disminuye no cambia

D. disminuye aumenta

32.Un ingeniero naval propone generar energa para impulsar barcos inventando para ello un motor queadmita agua del mar, extraiga algo de su energa interna y la utilice para impulsar el barco. El aguaenfriada resultante se enviar de vuelta al mar. Cmo se relacionan la primera y la segunda ley de latermodinmica con el proceso que se propone?

Primera ley Segunda leyA. Se cumple Se infringeB. Se cumple Se cumpleC. Se infringe Se infringe

D. Se infringe Se cumple

33.Un gas encerrado se encuentra originalmente a 27 C y a una cierta presin. El volumen del gas pasaseguidamente a ser el doble, como se muestra.

A fin de restablecer la presin a su valor original, a qu valor tiene que ajustarse la temperatura, paraeste nuevo volumen?

A. 123 C

B. 13,5 C

C.

54 CD. 327 C


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34.El nmero msico del helio es 4 mientras que para el nen es 20, siendo ambos gases monoatmicos.Al encontrarse ambos gases a la misma temperatura, la razn de las velocidades medias de lostomos de helio con respecto a los tomos de nen ser:

A. 1:1

B. 1:5

C.1:5

D. 1:25

35.Al aumentar el volumen de un gas encerrado a una temperatura constante, la presin que ejerce elgas en la pared del contenedor disminuye. Considere los siguientes enunciados como posiblesexplicaciones:

I. La velocidad media con la que las molculas de gas chocan contra las paredes disminuye.

II. El ritmo al que las molculas chocan contra una determinada rea de las paredes disminuye.La disminucin de la presin se explica mediante:

A. I solamente.B. II solamente.C. I y II.

D. ni ni II.

36.Un gas est contenido en un cilindro mediante un mbolo mvil. Cuando se comprime el gasrpidamente mediante el pistn, aumenta la temperatura del gas. Esto puede comprenderse por elhecho de que las molculas del gas:

A. estn siendo empujadas ms cerca una de otra.B. chocan ms a menudo una con otra.C. tienen ahora menor volumen en que moverse.D. han ganado energa del mbolo mvil.

La siguiente informacin se refiere a las preguntas 37 y 38.

Una sustancia se calienta con un valor constante de transferencia de energa. Abajo se muestra un

grfico de su temperatura en funcin del tiempo.

37. Qu regiones del grfico corresponden a la sustancia existiendo como mezcla de dos fases?A. Kl, MN y OP.

B. LM y NOC. Todas las regiones.

D. Ninguna regin.

38. En qu regin del grfico es mayor el calor especfico de la sustancia?A. KLB. LMC. MND. OP

temperatura

tiempo

K

L M

N O

P


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39.Un globo de helio tiene un volumen de 15 m3cuando la temperatura del aire es de 20 0C. se supone

que la funda del globo no se ensancha en ningn momento y que no se escapa ninguna energatrmica. Cuando la presin atmosfrica es 0,8 de lo que era antes y la temperatura del aire es 15 0C, elglobo tendr un volumen de:

A. 14 m3.

B. 18 m3.

C. 19 m3

.D. 25 m

3.

40.Se muestra la distribucin de velocidades moleculares de un gas ideal a dos temperaturas distintas.

Cul de las siguientes afirmaciones no es cierta?A. La curva II representa el gas a una temperatura ms alta que la indicada por la curva I.B. El rea debajo de cada curva representa el nmero total de molculas en el gas.C. VBes la velocidad ms probable de las molculas del gas representadas por la curva II.D. VArepresenta la velocidad media de las molculas del gas representadas por la curva II

41.Considere un gas dentro de un cilindro vertical, el cual va dotado con un mbolo, y que sobre steltimo se colocan pesos. Cuando el gas se encuentre a 27

0C el mbolo se encuentra en equilibrio a

una altura h por encima de la base del cilindro, tal y como se muestra en la siguiente figura. A qu

valor deber aumentar la temperatura del gas para que el mbolo se encuentre en equilibrio a unaaltura 2h por encima de su base?

A. 540C

B. 1500C

C. 3270C

D. 6000C

42.Al comprimir un gas adiabticamente el trabajo que se ejerce sobre el gas es:A. cero.

B. inferior al cambio sufrido por la energa interna, pero sin ser ceso.C. igual al cambio sufrido por la energa interna.

D. mayor que el cambio sufrido por la energa interna.

NV

VVA VB

I

II


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43.Una bala de plomo se dispara contra una placa de hierro donde se deforma y detiene. Como

consecuencia de ello, la temperatura del plomo se incrementa en una cantidad T . Si al producirseel impacto la bala de plomo tuviera el doble de masa pero la misma velocidad, cul de las siguientessera la estimacin ms aproximada de su incremento de temperatura?

A. T2

1

B. T

C. T2

D. T2

44.Se mezclan masas iguales de agua y de alcohol que inicialmente estn a diferentes temperaturas. Elcalor especfico del agua es mayor que el del alcohol. La temperatura final de la mezcla ser:

A. igual a la suma de las dos temperaturas originales.B. justo a medio camino entre las dos temperaturas originales.C. ms cerca de la temperatura original del agua que de la del alcohol.D. ms cerca de la temperatura original del alcohol que de la del agua.

45.El sentido de transferencia de la energa trmica entre dos cuerpos en contacto depende de sus:A. superficies.B. masas.

C. calores especficos.D. temperaturas.

46.La energa absorbida por un gas ideal durante una expansin isotrmica es igual:A. al trabajo realizado por el gas.B. al trabajo realizado sobre el gas.C. al cambio en la energa interna del gas.

D. a cero.

47.Un lquido est contenido en un plato de poca profundidad en contacto con la atmsfera. El ritmo deevaporacin del lquido nodepende de:

A. la temperatura del lquido.B. la temperatura de la atmsfera.C. la profundidad del lquido.D. la presin atmosfrica.

48.La ecuacin de estado para un gas ideal, nRTPV , describe el comportamiento de los gases

reales:

A. slo para presiones bajas y volmenes grandes.B. slo para temperaturas altas.

C. slo para volmenes grandes y presiones grandes.D. para cualquier presin y volumen.

49.Si la temperatura de un gas ideal disminuye cul de las siguientes afirmaciones es verdadera?A. las molculas colisionan con las paredes del recipiente con menor frecuencia.B. las molculas colisionan entre s con mayor frecuencia.C. el tiempo de contacto entre las molculas y las paredes disminuye.

D. el tiempo de contacto entre las molculas aumenta.

50.Si un gas se expande rpidamente, el proceso ser aproximadamente:A. isobrico.B. isotrmico.C. adiabtico.D. isovolumtrico.


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51.La energa trmica se transfiere a travs de los cristales de las ventanas de una casa principalmentepor:

A. conduccin.B. radiacin.C. conduccin y conveccin.

D. radiacin y conveccin.

52.Al comprimir un gas dentro de un cilindro a temperatura constante mediante un pistn la presin delgas aumenta. Considere las siguientes tres afirmaciones:

I. El ritmo al que las molculas chocan con el pistn aumenta.II. La velocidad media de las molculas aumenta.

III. Las molculas chocan entre s con ms frecuencia.

Qu afirmacin o afirmaciones explican correctamente el incremento de la presin?A. I solamenteB. II solamenteC. I y II solamenteD. I y III solamente.

53.La energa trmica puede transferirse:

I. en un fluido, como resultado de cambios de densidad del fluido.II. en una sustancia no metlica, como resultado de las vibraciones de la red.

Cul de las siguientes opciones identifica correctamente cada una de esas transferencias energticas?

Transferencia I Transferencia IIA. Conveccin ConveccinB. Evaporacin ConveccinC. Conveccin ConduccinD. Evaporacin Conduccin

54. Cul de las siguientes opciones no es una suposicin en la que se basa el modelo cintico de un gasideal?

A. Todas las molculas se comportan como si fuesen esferas perfectamente elsticas.B. La velocidad cuadrtica media de las molculas es proporcional a la temperatura kelvin.

C. Salvo que entren en contacto, las fuerzas entre molculas resultan despreciables.D. Las molculas estn en movimiento continuo al azar.

55.El calor latente de vaporizacin de una sustancia se define como la cantidad de energa trmicanecesaria para:

A. convertir un lquido en vapor a presin constante.B. convertir un lquido en vapor a temperatura constante.C. convertir una unidad de masa de lquido en vapor a presin constante.D. convertir una unidad de masa de lquido en vapor a temperatura constante.

56.Un gas contenido en un cilindro equipado de un pistn como se muestra en la siguiente figura.Cuando el gas es comprimido rpidamente por el pistn, su temperatura asciende porque lasmolculas del gas:

A. se aprietan juntas unas con otras.B. colisionan entre s con mayor frecuencia.C. colisionan con las paredes del contenedor con mayor frecuencia.D. adquieren energa del pistn en movimiento.

57.Se construye una escala de temperatura utilizando la propiedad X de una sustancia. Cul de lassiguientes debe ser una caracterstica de la propiedad X?

A. El valor de la propiedad debe ser cero a cero Kelvin.B. La propiedad debe aumentar al hacerlo la temperatura.C. La propiedad debe tomar un valor diferente para cada temperatura que vaya a medirse.D. El valor de la propiedad debe variar linealmente con la temperatura Kelvin.


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58.El grfico a continuacin muestra la energa potencial de dos molculas en funcin de la distanciaentre las mismas.

Cul de las siguientes afirmaciones es falsa?A. Los tomos estn en su distancia de equilibrio cuando la energa potencial es un mnimo.

B. El rea debajo de la parte negativa del grfico representa la energa requerida para separarcompletamente los tomos de su posicin de equilibrio.

C. Si los tomos se empujan ligeramente ms cerca entre s cuando estn en su posicin de equilibrio yse sueltan luego, los mismos oscilarn alrededor de su posicin de equilibrio.

D. El gradiente del grfico en cualquier punto representa el mdulo de la fuerza entre los tomos.

59. Cul de las siguientes opciones define la energa interna de un sistema?A. La energa trmica total ganada por el sistema durante la fusin y la ebullicin.B. La suma de las energas potencial y cintica de las partculas del sistema.C. El trabajo externo total realizado sobre el sistema durante la fusin y la ebullicin.

D. El cambio en la energa potencial del sistema que ocurre durante la fusin y la ebullicin.

60.El croquis muestra la seccin de una ventana de doble cristal. Los paneles de vidrio estn separados

por un espacio de aire que tiene el mismo espesor que los dos paneles de vidrio. La temperatura de lahabitacin es mayor que la temperatura exterior.

Cul de las siguientes afirmaciones es la verdadera?A. No hay transferencia de energa desde la habitacin al exteriorB. La taza de energa transferida a travs del cristal es igual a la transmitida a travs del espacio de aireC. La taza de energa transferida a travs del cristal es mayor que la transmitida travs del espacio de

aireD. La taza de energa transferida a travs del cristal es menor que la transmitida travs del espacio de

aire

0

Distancia

Energapotencial

vidriovidrio

aire

exteriorhabitacin


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61.Una sustancia cambia de slido a lquido a temperatura constante. Cul de las siguientes es ladescripcin correcta de los cambios en la energa potencial interatmica media y la energa cinticamedia de las molculas durante el proceso?

62.Qu dos valores de temperatura tienen el mayor grado de equivalencia, cuando las temperaturas semiden en las escalas Kelvin y Celsius?

Escala Kelvin Escala CelsiusA. 40 313B. 273 100

C. 313 40D. 273 0

63.Si la temperatura de un gas ideal disminuye, cul de las siguientes afirmaciones es verdadera?A. Las molculas colisionan con las paredes del recipiente con menor frecuencia.B. Las molculas colisionan entre s con mayor frecuencia.C. El tiempo de contacto entre las molculas y las paredes disminuye.D. El tiempo de contacto entre las molculas aumenta.

64.La conduccin es un proceso de transferencia de calor que:A. puede tener lugar dentro y a travs del vacoB. implica el movimiento de masaC. es dominante en los slidos

D. depende de la cuarta potencia de la temperatura absoluta.

65.Los intervalos de temperatura de un grado Celsius (0C), un Kelvin (K) y un grado Fahrenheit (0F),

estn relacionados mediante:A.

0C = K = 0F

B.0C = K

0F

D.0C = K >

0F

66.En el siguiente diagrama muestra la posicin del menisco del mercurio en un termmetro clnico?

Cul de los siguientes valores expresa mejor la temperatura indicada, con su incertidumbre?A. (6,0 0,5)

0CB. (6,1 0,1)0CC. (6,2 0,2)

0C

D. (6,2 0,5)0C

Energa potencialinteratmica media

Energa cintica media

A. Aumenta Permanece constante

B. Permanece constante Aumenta

C. Aumenta Aumenta

D. Permanece constante Permanece constante


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67.Como parte de un experimento para determinar el calor latente de vaporizacin desagua, unestudiante hierve un poco de agua en un vaso de precipitados utilizando un calentador elctrico tal ycomo se muestra en la figura.

El estudiante anota dos fuentes de error.Error 1: se pierde energa trmica a travs de las paredes del vaso de precipitados.Error 2: cuando el agua est hirviendo, salpica fuera del vaso de precipitados.Cul de las siguientes opciones indica correctamente el efecto de esos dos errores sobre el valor

calculado para el calor latente?Error 1 Error 2

A. Aumenta Disminuye

B. Aumenta No cambiaC. Disminuye AumentaD. Disminuye No cambia

68.Se miden la presin P y el volumen V de una muestra de gas a temperatura constante y se dibuja la

grfica de Pfrente aV

!. Cul de las siguientes grficas se obtendr si P es proporcional a

V

!y

existe un error sistemtico en la medicin P?

Vaso de precipitados

Calentador

Agua

kPaP/

3/

1 cm

V

A.

kPaP/

3/

1 cm

V

B.

kPaP/

3/

1 cm

V

C.

kPaP/

3/

1 cm

V

D.


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SECCIN BMezcla de hielo y agua

2 kg de hielo de una congeladora a -15C se mezclan con 10 kg de agua a 30C.

(a) Determinar la temperatura final de la mezcla despus de alcanzar el equilibrio. Las prdidas deenerga al entorno son despreciables. ( 3 puntos )

Datos:Calor especfico del hielo = 2,1x 103J.kg-1.C-1Calor especfico del agua = 4,2x 103J.kg-1.C-1

Calor latente de fusin del hielo = 3,4x 103J.kg

-1

(b) En la etapa del proceso mientras se funde el hielo, absorbe energa pero su temperatura no aumenta.Justificar, desde el punto de vista molecular, cmo puede ser esto consecuente con el principio deconservacin de la energa. Decir qu se ha hecho de la energa absorbida.( 2 puntos )

SECCIN C

Cambio de fase, calor especfico y transferencia de energa trmica.

(a) Con el fin de intentar medir la energa suministrada por un quemador domstico de gas, se calentuna cierta masa medida de agua en un recipiente de aluminio hasta que hirvi. Al alcanzarse elpunto de ebullicin se activ un cronmetro y el agua se hirvi durante un intervalo de tiempomedido. Despus de dicho intervalo el recipiente se quit del quemador y se anot su masa juntocon la del agua.

Se dispone de la siguiente informacin:Masa del recipiente vaco = 250 g

Masa del agua msla del recipiente al principio = 1.250 gMasa del agua ms la del recipiente despus hervir = 850 gPeriodo de tiempo durante el que hierve el agua = 15 minCalor latente de vaporizacin del agua = 2,3x10

6J.kg

-1

Calor especfico del agua =4.200J.kg-1

.K-1

a) Qu masa de agua hierve y se evapora en el transcurso de 15 min.?b) Cunta energa se requiere para hervir y vaporar esta masa de agua?c) Muestre que se suministra energa trmica al recipiente y al agua a un ritmo de 1.000 W.d) Explique por qu el ritmo al que el quemador suministra energa ser, en realidad, ms de 1.000

W.


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(b) Utilice los datos complementarios que se muestran seguidamente para mostrar que la temperatura dela superficie inferior de la base del recipiente (identificada por A en el diagrama) es tan slo de unos0.6C ms que la temperatura del agua hirviendo.

Datos:Conductividad trmica del aluminio = 200 W.m-1K-1Superficie de la base del recipiente = 5,0x10

-2m

2

Grosor de la base del recipiente = 6,0 mm

(c) La temperatura real del quemador es de unos 600C. Sugiera las razones por las que la superficieinferior de la base del recipiente no est a la misma temperatura que el quemador.

(d) Ahora se efecta otro experimento para medir el calor especfico del aluminio, para lo que secalienta en el recipiente una masa medida de agua fra hasta una temperatura de 90C. Suponiendo

que el quemador suministra energa al agua a un ritmo de 1.000 W, utilice los datos que siguen paradeterminar un valor para el calor especfico del aluminio.Datos:

Masa del recipiente vaco = 250 gMasa del recipiente msagua = 1.250 gTemperatura inicial del agua = 20 CTemperatura final del agua = 90 C

Tiempo para que al agua llegue a la temperatura final = 315 sCalor especfico del agua = 4.200 J.kg-1.K-1

SECCIN DEsta seccin trata sobre la temperatura, la energa interna y la termodinmica.

(a) Dos objetos slidos se ven sometidos a un mismo cambio de temperatura. Un estudiante afirma que elcambio en la energa interna de ambos objetos ser el mismo. Discutabrevemente esta afirmacin.

(b)(i) Indiquela segunda ley de la termodinmica en trminos del cambio de entropa.

(ii)Cuando se forma un cristal de hielo a partir de agua lquida, la entropa del agua disminuye. Discutael cambio de entropa haciendo referencia a la segunda ley.

(c) El diagrama muestra la relacin existente entre la presin P y el volumen V de una gas ideal, queexperimenta un ciclo de Carnot ABCDA.


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Para el cambio entre B y C,(i) indique el nombre del cambio.(ii)Discutalas transferencias de energa, haciendo referencia a la primera ley de la termodinmica.

SECCIN EEsta seccin es acerca de un proceso termodinmico.

(a) En el diagrama de abajo, dibujelas flechas para mostrar las transferencias de energa asociadas a unabomba de calor.

(b) El diagrama de abajo, muestra la relacin entre la presin P y el volumen V de una sustancia detrabajo en la bomba de calor para un ciclo de su operacin.

(i) La sustancia de trabajo en el punto C del ciclo es en fase lquida. Indiquela razn por que loscambios del DC y del AD son cambios isobricos e isotrmicos.

(ii) Describadurante cual el proceso del ciclo se absorbe energa del depsito fro y durante qu procesose transfiere energa al depsito caliente.

(iii)Describacmo el valor del trabajo hecho durante un ciclo se puede determinar del diagrama PV.


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SECCIN FEsta seccin trata sobre la dil atacin del h ierr o.

Un puente de hierro est construido en tres secciones, cada una de ellas de 25 m de longitud. Puesto quela temperatura vara a lo largo de un da, y de un da a otro, se han dejado espacios huecos al final de cada

seccin, como se muestra en la siguiente figura.

(a) ExpliquePor qu se han dispuestos espacios huecos en el puente y describalo que ocurrira si nohubiere tales espacios?

(b) La carretera est fija en cada extremo del puente. Si el coeficiente de dilatacin lineal del hierro es1,31 x 10-50C-1, calculeel tamao que debera tener cada hueco a10 0C para permitir una variacinen la temperatura de -10

0C hasta +50

0C.

(c) El grfico que se muestra a continuacin muestra la energa potencial elctrica interatmica frente a

la distancia, entre tomos de hierro.

Seccin 1Carretera Seccin 2 Seccin 3

Distancia interatmica

Energa

potencial


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Expliquecon la ayuda del grfico por qu se dilata levemente cuando aumenta su temperatura.

SECCIN HEsta seccin trata de la termodinmica de un proceso en un gas, con dos etapas.

Esta pregunta trata de los cambios en la presin, el volumen y la temperatura de un gas ideal.

Un gas ideal es confinado en un cilindro equipado con un mbolo mvil. El gas experimenta dos

procesos, a saber:

Primer proceso:El gas, inicialmente en el estado 1, se somete a una expansin a temperatura constante T1 hastaduplicar su volumen. Este es el estado 2. Ambos estados se representan en el diagrama de ms abajo.

(a) Utilizando los ejes representados a continuacin, dibuje un grfico para mostrar cmo se relacionanentre s la presin y el volumenen este proceso. Se muestra el punto para el estado 1. Rotule el

estado alcanzado como estado 2.

(b) Explique en trminos del movimiento de las molculas del gas, por qu la presin disminuye cuandoel volumen aumenta.

(c) Expliquesi en este proceso:(i) el trabajo es realizado por el gas o sobre el gas.(ii) cambia la energa interna del gas, o no.(iii)la energa trmica fluye hacia el gas ohacia afuera del gas.

(d) Explique cmo se relaciona el trabajo realizado, si es que lo hay, con la transferencia de energatrmica.

Cambio a

temperatura

constante

Estado 1

Presin: P1

Volumen: V1

Temperatura: T1

Estado 2

Presin: P2 = ?

Volumen: V2= 2V1

Temperatura: T2= T1

Presin

Volumen

P1

V1


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Segundo proceso:Ahora el mbolo se mantiene fijo y el gas se calienta hasta que la presin vuelve a alcanzar su valororiginal P1. Ello corresponde al estado 3 y se representa en el siguiente diagrama.

(e) Utilizando los ejes indicados ms abajo, dibujeun grfico para mostrar cmo vara la presincon latemperatura absolutaen este proceso. Se muestra el punto para el estado 2. Identifique el estafoalcanzado como estado 3.

(f) Expliqueen trminos de los movimientos de las molculas del gas, por qu aumenta la presin alcalentar el gas.

(g) Expliquesi para este proceso:

(i) se realiza trabajo.(ii) cambia la energa interna del gas.

(h) Si la temperatura inicial del gas en el estado 1 es de 300C, determinela temperatura del gas en el

estado 3, tras experimentar ambos procesos.

Cambio a

volumenconstante

Estado 2

Presin: P2= ?

Volumen: V2= 2 V1

Temperatura: T2= T1

Estado 3

Presin: P3 = P1

Volumen: V3= 2V1

Temperatura: T3= ?

Presin

Temperatura absoluta

P2

T1


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SECCIN I.Esta seccin trata sobre un ciclo termodinmico.

Una masa fija de un gas se somete a varios cambios de temperatura, presin y volumen, de tal forma queejecuta el ciclo P-V que se muestra en la siguiente figura.

Durante el ciclo tiene lugar la siguiente secuencia de procesos.

YX el gas se expande a temperatura constante y absorbe energa de un foco, realizando 450 Jde trabajo

ZY el gas se comprime y se transfieren 800 J de energa trmica del gas a un foco.

XZ el gas vuelve a su estado inicial absorbiendo para ello energa de un foco.

(i) Se produce un cambio en la energa interna del gas durante el proceso YX ?. Explique surespuesta.

(ii) Es la energa absorbida por el gas durante el proceso YX menos de, igual que, o ms de 450

J?(iii)Expliquesu respuesta.

(iv)Utilice la grfica para determinarel trabajo realizado sobre el gas durante el proceso ZY .

(v) Determinarel cambio de energa interna del gas durante el proceso ZY .

(vi)Cunta energa trmica absorbe el gas durante el proceso XZ ?. Expliquesu respuesta.

(vii)Qu cantidad est representada por el rea de la superficie encerrada por el grfico?. Estime suvalor.

(viii) El rendimiento global de una mquina trmica se define como:

Si este ciclo P-V representa el ciclo de una mquina trmica especfica, determineel rendimiento dela mquina trmica.

X

Z Y

Presin /x 105Pa

Volumen /x 10-3m3

2,0

1,0

0,0 1,0 4,0


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SECCIN JEsta seccin trata sobre mquinas trmicas.

En una mquina trmica ideal, una masa fija de gas experimenta ciertos cambios de temperatura, presin

y volumen. En el diagrama de ms abajo se muestra el ciclo P-V ( ADCBA )

correspondientes a dichos cambios.

(a) Utilice la informacin contenida en el grfico para calcularel trabajo neto realizado por la mquinaen un ciclo.

(b) En un ciclo, se transfiere un total de 1,8 x 106 J de energa trmica a un foco fro. Calcule el

rendimiento de la mquina.

(c) Utilizando los ejes P-V que se muestran a continuacin, esquematicelos procesos que tienen lugaren la masa fija de un gas ideal, durante un ciclo de una mquina de Carnot. (Observe que se trata deun grfico esquemtico; no necesita aadir ningn valor numrico)

(d)

(i) Indiquelos nombres de los 2 tipos de procesos que se desarrollan durante un ciclo de una mquinade Carnot.

(ii)Etiquete la grfica anterior para indicar qu partes del ciclo se refieren a cada tipo particular deproceso.

A B

CD

2,0 10,0 volumen V/m3

presin P/x 105Nm

-2

3,0

1,0

0,0

volumen V

presin P


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SECCIN K.

Una mquina trabaja utilizando una masa aislada de un gas ideal. El gas se comprimeadiabticamente y, despus, se le calienta a volumen constante. El gas gana 310 J de energa duranteel proceso de calentamiento. A continuacin, el gas se expande adiabticamente. Por ltimo, el gas se

enfra, de forma que vuelva a su estado original. Durante el proceso de enfriamiento se extraen 100 J

de energa. El ciclo es como se indica seguidamente.

(a)

(i) Marque flechas en el diagrama que indiquen el sentido de funcionamiento de las diversas etapas delciclo.

(ii)Utilizando los datos correspondientes al punto A, calculeel nmero de moles del gas.

(iii)Determine la temperatura del gas en el punto B del ciclo.

(iv)Indiquelo que representa el rea ABCD en el diagrama y d el valor de esta magnitud.

(v) Calcule el rendimiento de la mquina.

SECCIN L.Esta seccin trata sobre un motor diesel y el ciclo de Carnot.

El diagrama siguiente muestra los cambios presin-volumen (p-V) del gas, que tienen lugar en un ciclo deun motor diesel ideal.

BA y DC son cambios adiabticos.

(a)

(ii) Indiquequ se entiende por cambio adiabtico.

(iii)Indiqueque representa el rea ABCD .


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Flama

MecheroBunsen

Agua Calormetr

Recipiente

Aislamientotrmico

(b) Indiquey expliquedurante qu parte del ciclo ABCD , se proporciona energa trmica al sistema.

Una mquina trmica que opera siguiendo un ciclo de Carnot tiene un rendimiento mayor que el motordiesel ideal. Cierta mquina de Carnot tiene un foco caliento a 1000 0C y un foco fro a 300 0C.

(c)

(i) Resuma los procesos que tienen lugar en un ciclo de Carnot.

(ii)Calculeel rendimiento de esa mquina de Carnot.

(iii)La potencia til de salida de la mquina es de 2,0 kW. Calcule el ritmo al que se absorbe la energadel foco caliente.

SECCION MEsta seccin trata sobre un experimento para medir la temperatura de una llama.

(a) Defina capacidad calorfica.

Un pedazo de metal se sostiene en la llama de un mechero Bunsen por varios minutos. El pedazo demetal entonces se transfiere rpidamente a una masa de agua contenida en un calormetro.

Se mezcla el agua en el que se ha colocado el metal hasta que alcanza una temperatura constante.

(b) Expliqueporqu:(i) el metal se transfiere lo ms rpidamente posible de la llama al agua.

(ii) se mezcla el agua.

Los siguientes datos son disponibles:

Capacidad calorfica del metal 82,7 J.K-1

Capacidad calorfica del agua en el calormetro 5,46 x 10

2J.K

-1

Capacidad calorfica del calormetro 54,6 J.K-1

Temperatura inicial del agua 288 KTemperatura final del agua 353 K

(c) Asumiendo insignificantes las prdidas de energa implicadas en el proceso y utilizando los datosdisponibles, calcule la temperatura T de la llama del mechero Bunsen.


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SECCIN NEsta seccin trata sobre calor latente.

Se pidi a algunos estudiantes que proyectaran y realizaran un experimento para determinar el calorlatente de vaporizacin del agua. Los estudiantes dispusieron los aparatos como se indicaseguidamente.

El circuito se cerr y la corriente se mantuvo constante ajustando la resistencia variable. Se anotaronla lectura del voltmetro y del ampermetro. Una vez hirvi el agua a un rgimen constante, se tomnota de la lectura de la balanza de platillo superior y, al mismo tiempo, se puso en marcha uncronmetro. Se volvi a tomar nota de la lectura de la balanza de platillo superior transcurridos 200

segundos y, seguidamente, despus de otros 200 segundos.

Se calcul el cambio en la lectura de la balanza de platillo superior durante cada lapso de 200segundos y, adems, se obtuvo una media de los valores. Se calcul la potencia del calentadormultiplicando para ello las lecturas del voltmetro y del ampermetro.

(a) Proponga cmo podran los estudiantes saber que el agua estaba hirviendo a un rgimen constante.

(b) Explique por qu se tom nota de la lectura de la masa perdida durante el primer lapso de 200segundos y, posteriormente, de la lectura de la masa prdida durante el segundo lapso de 200segundos, en vez de efectuar una sola lectura de la masa perdida durante los 400 segundos.

Los estudiantes repitieron el experimento suministrando diferentes potencias al calentador. Se trazposteriormente un grfico de la potencia del calentador con respecto a la masa de agua prdida (esdecir, el cambio en la lectura de la balanza) durante 200 segundos. El resultado se muestra en elgrfico que sigue. (No se muestran las barras que indican las incertidumbres en lasmediciones).


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(c)

(i) Dibujeen el grfico de ms arriba la lnea recta de ajuste ptimo a los datos.

(ii)Determine el gradiente de la lnea que ha trazado.

A fin de encontrar un valor para el calor latente de vaporizacin L , los estudiantes utilizaron la ecuacin:LmP .

donde Pes la potencia del calentador y m es la masa del agua evaporada por segundo.

(d) Utilice el resultado obtenido del grfico para el gradiente a fin de determinarun valor para el calorlatente de vaporizacin del agua.

(e) De la teora que sustenta el experimento se desprendera que la lnea trazada debera pasar por el

origen de coordenadas. Expliquebrevemente por qu no pasa la lnea por dicho origen.

SECCIN O

Esta seccin trata de los procesos trmicos que tienen lugar cuando una persona corre.

Cuando corre, una persona genera energa trmica, pero mantiene su temperatura aproximadamenteconstante.

(a) Explique y distinga el significado de energa trmica y de temperatura.

(b) El sencillo modelo que sigue puede utilizarse para estimar el aumento de la temperatura de uncorredor, suponiendo que no hay prdidas de energa trmica.

La masa del corredor la representaremos por un recipiente cerrado conteniendo 70 kg de agua. Elagua se calienta a razn de 1200 W durante 30 minutos. Esto constituye la energa generada por elcorredor.

(i) Demuestreque la energa trmica generada por el calentador es de 2,2 x 106J.

(ii)Calcule el aumento de temperatura del agua, suponiendo que el agua no pierde energa. El calorespecfico del agua es de 4200 Jkg

-1K

-1.

(c) El aumento de temperatura calculado en (b) podra ser peligroso para el corredor. Resuma 2mecanismos, distintos a la evaporacin, por medio de los cuales el recipiente del modelo podratransferir energa a los alrededores.

(d) Otro mecanismo diferente, por medio del cual el corredor pierde energa, es la evaporacin del sudor.

(i)

Porcentaje de energa generada perdida por sudor: 50 %Calor latente de vaporizacin del sudor: 2,26 x 10-1Jkg-1

Utilizando la informacin anterior, y su respuesta de (b) (i), estime la masa del sudor evaporada delcorredor.

(ii) Indiquey expliqueun factor que afecte al ritmo de evaporacin del sudor de la piel del corredor.


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SECCIN PEsta seccin trata sobre gases ideales, calor especfico y calor latente.(a)(i) Indique, en funcin de la teora cintica, qu quiere decir gas ideal.

(ii)Expliquepor qu la energa interna de un gas ideal es solamente energa cintica.

(b) Una masa fija de un gas ideal tiene un volumen de 870 cm3a una presin de 1,00 x 10

5Pa y a una

temperatura de 20,0 0C. Se calienta el gas a presin constante hasta una temperatura de 21,0 0C.

Calcule el cambio de volumen del gas.

(c)(i) Definacalor especfico.

(ii)Expliquepor qu el calor especfico de diferentes substancias, tales como el aluminio y el agua, notiene igual valor.

(iii)Explique qu ocurre a las molculas de un gas ideal cuando la temperatura del gas aumenta avolumen constante.

(d) Una cierta cantidad de agua a la temperatura se vierte en un vaso y se calienta a ritmo constantehasta que algo de agua haya pasado a vapor. El punto de ebullicin del agua es 100 0C.

(i) Utilizando los ejes de ms abajo, dibuje un esquema para mostrar la variacin de temperatura delagua con el tiempo t. (1 punto)

(iii)Describaen trminos de cambios energticos la conducta molecular del agua y el vapor durante el

proceso de calentamiento.

(e) Se comunica energa trmica al agua contenida en el vaso durante 10 minutos, a un ritmo constantede 400 W. La capacidad calorfica del vaso es despreciable.

(i) Deduzca el hecho de que la energa total proporcionada en 10 minutos es de 2,4 x 105J.

t

0C

1000C

0

instante en quecomienza el

calentamiento

instante en elque el aguaentra en

ebullicin


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(ii)Utilizando los datos que siguen, estime la masa de agua vaporizada como consecuencia de esecalentamiento. (3 puntos)

masa inicial de agua = 0,3 kg

temperatura inicial del agua = 200C

calor especfico del agua = 4,2 x 103J.kg-1.K-1

calor latente de vaporizacin del agua = 2,3 x 106J.kg

-1

(iii)Sugierauna razn por la que dicha masa es slo una estimacin.

taller de física térmica

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