PARCIAL DE FISICA II 7/6/2001 CASEROS II TEORICO: 1-Enunciar los Principios de la Termodinámica para sistemas cerrados y sistemas abiertos.

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1 PARCIAL DE FISICA II 7/6/2001 CASEROS II ALUMNO: MATRICULA: 1-Enunciar los Principios de la Termodinámica para sistemas cerrados y sistemas abiertos. 2-Obtener la ecuación de las Adiabáticas. 3-Explicar las formas de Transmisión del Calor. Ecuaciones, características de las constantes, términos involucrados, etc 4- Es posible que los Principios de la Termodinámica sean válidos para una transformación que no sea Reversible?. Justificar. 1-Una bola de hierro se deja caer sobre un piso de cemento desde una altura de 10 m. En el primer rebote sube hasta una altura de 0,5 m. El calor específico del hierro es de 0,12 cal/g. ºC. Durante el choque: a) Se ha añadido calor a la bola? b) Se ha efectuado algún trabajo sobre ella? c) Ha cambiado su energía interna? d) En cuanto ha aumentado la temperatura de la bola después del primer choque? Aclare detalladamente las hipótesis consideradas en el problema. 2-Un submarino de investigación para un pasajero tiene un casco esférico de hierro de 1,50 m de radio externo y 2 cm. de espesor, forrado con hule de igual espesor. Si el submarino navega por aguas del Ártico (temperatura de 0 ºC) y la tasa total de calor liberado dentro de la pequeña nave (incluye el calor metabólico del pasajero) es de 1500 W, encuentre la temperatura de equilibrio del interior. Considerar como datos a los coeficientes de conductividad y de convección del hierro y del hule. Aclare detalladamente las hipótesis consideradas en el problema FINAL DE FISICA II a) Enunciados del Segundo Principio y corolarios. b) En UNA EXPANSIÓN ISOTERMICA REVERSIBLE se absorbe calor de una fuente y se convierte INTEGRAMENTE en trabajo. Teniendo en cuenta el enunciado del segundo principio (cualquiera de ellos) Constituye esto una violación del segundo principio? Justificar. 2-a) Enunciar el Primer Principio para Sistemas Abiertos. b) Analizar y justificar si es posible un sistema destinado a hacer girar una piedra de afilar, como el de la figura. Del depósito de agua inferior S, la bomba helicoidal O, con un piñón que se pone en movimiento con ayuda de la rueda dentada R, transporta el agua a la bandeja superior. De aquí, el agua se vierte a la rueda C, la cual, por intermedio del árbol D, pone en

2 movimiento la piedra de afilar. Por intermedio de un sistema complejo de transmisiones (tornillo sin fin y las ruedas dentadas E, G, L y R) la rueda C pone también en movimiento la bomba O. Para la uniformidad del movimiento en el árbol vertical se ha establecido el volante K. El autor está tan convencido de que al flujo A el agua se suministra con exceso y que bastará para todas las necesidades, que por el tubo P vierte parte de la misma para humectar la piedra de afilar, con la cual trabaja el afilador. 3-a) Deducir la relación de Mayer, explicando la interpretación física de la misma. b) Explicar porqué la Energía Interna de un gas ideal depende SOLAMENTE de la temperatura. 4)-a) Deducir la expresión de la Resistencia Térmica (caso de transmisión de calor por conducción) de un sistema compuesto por tres materiales, con constantes de conductividad K1, K2 y K3, colocados uno a continuación de otro (en serie). b) Determinación de la velocidad del sonido, ecuación de Hugoniot. 5- Ecuación de onda en una barra cilíndrica elástica.

3 EXAMEN PARCIAL DE FÍSICA II ( ): PARTE TEÓRICA 1- a) Enunciar el Primer Principio de la Termodinámica para sistemas cerrados, aclarando cada término que interviene en la expresión. b) Enunciar el Segundo Principio de la Termodinámica (por lo menos dos enunciados) 2- a) Explicar porqué el rendimiento de una Máquina Térmica nunca puede ser igual a 1. b) Diferencia entre Calor y Temperatura. 3- a) Explicar la Transmisión de Calor por Convección y Radiación. Expresión matemática y términos que intervienen en la misma. b) Desarrollo del Termómetro de gas a volumen constante. 4- PARTE PRÁCTICA A 25,0 metros debajo de la superficie del mar, (densidad del agua 1025 Kg/m 3 ) donde la temperatura es 5,00ºC, un buzo exhala una burbuja de aire que tiene un volumen de 1,00 cm 3. Si la temperatura de la superficie del mar es 20,0ºC, halle el volumen de la burbuja justo antes de que se rompa en la superficie. 5- Determine cuál/les dé las siguientes expresiones son correctas (Justifique): a) Un gas ideal puede sufrir una expansión a presión constante aumentando su temperatura. b) Siempre que un proceso se realice a temperatura constante el intercambio de calor será cero. c) En un gas ideal, el trabajo es cero para un proceso a volumen constante. d) Qué se entiende por proceso Irreversible? e) El segundo Principio vale para sistemas Abiertos, solamente.

4 PARCIAL DE FISICA II 24/5/ Ciclo de Carnot. Obtención de la expresión del rendimiento. 2-Ley de Amagat. Obtención de la expresión del peso molecular para una mezcla de gases ideales. 3- Cuál de las expresiones es la correcta para el Primer Principio? DU = Q W (1) DU = Q + W (2) En donde: DU = Variación de Energía interna Q = Calor W =Trabajo 4-Transmisión del calor por Convección. Obtener la expresión de la Ley de Ohm térmica para el caso de conducción del calor en tres materiales colocados en serie. 5-Dentro de un cilindro, de sección 2m 2, hay 1m 3 de aire a 100 C y a una presión de 5 Kgf/cm 2, en equilibrio con un pistón cargado. Un aparato externo al sistema extrae una cantidad de calor Q de modo tal que su volumen llega a la mitad del original. Calcular la temperatura final y el calor extraído en el proceso. Justificar las respuestas y realizar las hipótesis correspondientes. Datos: R, Cv, Cp, gas: aire, temperatura ambiente= 20 C, paredes rígidas y adiabáticas, Superficie del pistón= 2 m 2, hubo lluvia de meteoritos en la cara opuesta a la Luna, presión atmosférica = 1 atm., índice inflacionario = 220, material del peso = acero al carbono.

5 RECUPERATORIO DE FISICA II 7/6/ A) El diagrama adjunto representa las transformaciones experimentadas por 10 moles de P(atm) un gas ideal monoatómico. a-determine la temperatura del gas en A. b-la isoterma de este gas que pasa por A, Pasa también por C? Datos: las constantes son datos 6 A B) Hallar el sentido del calor en todo el ciclo. Justificar 2 B C V (litros) 2-A) Deducir la ecuación de los gases ideales a partir de las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac. B) Dilatación lineal y superficial. Desarrollo. 3-A) Explicar las todas las formas de transmisión de calor, ecuaciones, constantes, etc. B) Mezcla de gases ideales: Obtener el calor específico, la constante del gas mezcla y la masa, en función de la fracción molar de los gases que forman la mezcla. 4-A) Enunciar los principios de la Termodinámica. B) Obtención del rendimiento en el ciclo de Carnot

6 RECUPERATORIO DE FISICA II CASEROS II- 30/06/11 1) Enunciar el primer Principio de la Termodinámica para SISTEMAS CERRADOS, explicando el experimento de Joule asociado al mismo. 2) Explicar la Ley de Fourier de transmisión de calor 3) Enunciar el Segundo Principio de la Termodinámica, definiendo los términos que hacen referencia los enunciados. 4) Un sistema realiza sucesivamente las siguientes transformaciones: evoluciona a volumen constante entregando 65 Kcal., luego experimenta una transformación isobárica en el que recibe 50 Kcal. y entrega un trabajo equivalente a 60 Kcal. Suponiendo que el ciclo se puede cerrar con una transformación adiabática en donde el sistema recibe energía en forma de trabajo igual a 75 Kcal, verificar si el enunciado del problema es compatible. Justificar. AYUDA: ANALICE LAS TRANSFORMACIONES PARCIALES Y LA TOTAL. RECUPERATORIO DE FISICA II CASEROS II- 30/06/11 1) Enunciar el primer Principio de la Termodinámica para SISTEMAS CERRADOS, explicando el experimento de Joule asociado al mismo. 2) Explicar la Ley de Fourier de transmisión de calor 3) Enunciar el Segundo Principio de la Termodinámica, definiendo los términos que hacen referencia los enunciados. 4) Un sistema realiza sucesivamente las siguientes transformaciones: evoluciona a volumen constante entregando 65 Kcal., luego experimenta una transformación isobárica en el que recibe 50 Kcal. y entrega un trabajo equivalente a 60 Kcal. Suponiendo que el ciclo se puede cerrar con una transformación adiabática en donde el sistema recibe energía en forma de trabajo igual a 75 Kcal, verificar si el enunciado del problema es compatible. Justificar.

7 RECUPERATORIO DE FISICA II CASEROS II- 30/06/11 1) Enunciar el primer Principio de la Termodinámica para SISTEMAS CERRADOS, explicando el experimento de Joule asociado al mismo. 2) Explicar la Ley de Fourier de transmisión de calor 3) Enunciar el Segundo Principio de la Termodinámica, definiendo los términos que hacen referencia los enunciados. 4) Un sistema realiza sucesivamente las siguientes transformaciones: evoluciona a volumen constante entregando 65 Kcal., luego experimenta una transformación isobárica en el que recibe 50 Kcal. y entrega un trabajo equivalente a 60 Kcal. Suponiendo que el ciclo se puede cerrar con una transformación adiabática en donde el sistema recibe energía en forma de trabajo igual a 75 Kcal, verificar si el enunciado del problema es compatible. Justificar. AYUDA: ANALICE LAS TRANSFORMACIONES PARCIALES Y LA TOTAL. p v 5) Qué esquema de sistema elegiría para extraer mayor cantidad de calor de una fuente térmica a 700 K? Completar los datos faltantes sabiendo que las máquinas son reversibles. T1= 700 K T1= 700 K T1= 700 K W1= 100 Joule W1= 100 Joule W1= 500 Joule Q1=50 Joule Q1= 200 Joule Q2= 200 Joule

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