TRABAJO DE FÍSICA ELECTIVO CUARTO NIVEL

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1 Liceo Bicentenario Teresa Prats de Sarratea Departamento de Física TRABAJO DE FÍSICA ELECTIVO CUARTO NIVEL Este trabajo consta de 15 preguntas de desarrollo, referidas a los temas que a continuación se señalan. Una vez terminado debe enviarlo a la dirección balladares.fisica@gmail.com TEMAS: PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: *) Concepto de Calor *) Unidades de medición del Calor *) Transmisión del Calor: - Conducción - Convección - Radiación *) Capacidad térmica / calor específico *) Calor absorbido / calor cedido *) Trabajo realizado por un sistema (expansión y compresión) *) Energía interna de un sistema *) Primer Principio:

2 - Enunciado - Aplicaciones SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: *) Máquinas Térmicas: - Máquina de Watt - Motor de explosión - Eficiencia de una máquina térmica *) Enunciado Segundo Principio *) Diagramas P-V para un ciclo: - Trabajo en un diagrama P-V para un ciclo *) Ciclo de Carnot *) Funcionamiento y eficiencia de un refrigerador Los temas NO deben desarrollarse. Son la base para responder las preguntas.

3 PREGUNTAS 1) Dos bloques de fierro idénticos (A y B) se colocan en contacto y aislados de influencia con el medio mediante paredes adiabáticas. Las temperaturas iniciales de los bloques son t A = 200 o C y t B = 50 o C. a) Después de cierto tiempo, qué sucede a la temperatura t A? Y a la t B? b) Hubo transferencia de energía de un bloque a otro? En qué sentido? c) Cómo se denomina a esta energía transmitida? 2) Una persona golpea varias veces con un martillo un bloque de plomo. Se halla que la temperatura del bloque se eleva considerablemente. a) Aumento la energía interna del bloque b) Hubo alguna transferencia de calor hacia el bloque? c) Entonces, cuál fue la causa del aumento en la energía interna del bloque? 3) Considere dos barras idénticas, una de metal y otra de madera, y que uno de los extremos de cada barra es introducido en una flama. a) Podría usted seguir sosteniendo por mucho tiempo el extremo libre de la barra de metal? Explique. b) Por qué se podría sostener el extremo libre de la barra de madera durante un tiempo mayor?

4 4) a) Por qué en un refrigerador las capas de aire cercanas al congelador, luego de hacer contacto con él, se dirigen hacia abajo? 5) Una persona afirma que su abrigo es de buena calidad porque impide que el frío pase a través de él. Esta afirmación es correcta? Explique. 6) Un niño descalzo y en una habitación con suelo de cemento, coloca su pie izquierdo directamente sobre el piso, y su pie derecho sobre una alfombra que se encuentra ahí. La alfombra y el suelo están a la misma temperatura. En cuál de los pies tendrá el niño mayor sensación de frío? Explique. 7) Considere un gas dentro de un cilindro provisto de un pistón. El gas se calienta, pero su volumen permanece constante a) El gas ejerce fuerza sobre el pistón? b) Qué sucede con el valor de la fuerza durante el calentamiento? c) Hay desplazamiento del émbolo? d) Entonces, cuál es el valor del trabajo realizado en esta transformación? 8) a) Explique qué se entiende por máquina térmica c) Señale cuál es la fuente caliente y cuál es la fuente fría en la máquina de Herón. 9) Suponga que en una máquina de vapor, con el esquema básico de máquina térmica, en cada ciclo, la fuente caliente envía una cantidad de calor igual a 100 calorías a la máquina y esta realiza un trabajo de 84 joules (1 cal equivale, aproximadamente, a 4,2 joules). Determinar : a) El rendimiento de la máquina a vapor

5 b) La cantidad de calor que se transfiere, en cada ciclo, a la fuente fría. 10) Suponga que alguien dice haber construido una máquina térmica, la cual, en cada ciclo, recibe 100 calorías de la fuente caliente y realiza un trabajo de 418 joules (1 caloría equivale, aprox., a 4,2 joules). Señale y fundamente si esta máquina estará infringiendo : a) El Primer Principio de la Termodinámica b) El Segundo Principio de la Termodinámica 11) La masa total del agua existente en la Tierra tiene un valor de casi toneladas. Suponga que la temperatura de toda esta agua sufriese una disminución de solamente 1 o C. a) Calcule, en calorías, la cantidad de calor que se liberaría en este proceso. Exprese, luego, la cantidad de calor en joules (1 cal = 4,2 J) b) Si toda esta cantidad de calor fuera convertida en energía eléctrica, durante cuántos años podría emplearse para surtir la demanda mundial? El consumo mundial de energía eléctrica es de, aproximadamente, joules. 12) Como se sabe, un termo es un dispositivo que permite mantener constante la temperatura de un objeto (caliente o frío ) colocado en su interior. Haga un esquema simple de la constitución de un termo y explique cómo se impide que el calor entre o salga de su interior por los tres procesos conocidos (conducción, convección, radiación). 13) En una compresión adiabática : a) Aumenta la temperatura del gas? Y su energía interna? b) Hubo absorción de calor por parte del gas?

6 c) Luego, Cuál fue la causa del aumento de temperatura del gas? 14) Una máquina de Carnot presenta un rendimiento de 30 % y la temperatura de su fuente caliente es de 400 K. La potencia de esta máquina es de 4,5 kw (kilowatt) y efectúa 10 ciclos en cada segundo. a) Calcule la temperatura de la fuente fría b) Cuál es el trabajo que la máquina realiza en cada ciclo? c) Qué cantidades de calor (Q 1 y Q 2 ), absorbe y cede la máquina? 15) Puede transformarse por completo la energía mecánica en calor o en energía interna? Puede suceder lo contrario? Si la respuesta es no, explique por qué no; si es afirmativa, cite un par de ejemplos que lo confirmen.