Titular: Daniel Valdivia

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRES DE FEBRERO PROBLEMAS DE LA CÁTEDRA FÍSICA 2 Titular: Daniel Valdivia Adjunto: María Inés Auliel 21 de agosto de 2016

2 Termometria Preguntas Conceptuales. Justificar cada una de sus respuestas. Problema 1. Decidir si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Dos objetos en equilibrio térmico entre si deben estar en equilibrio térmico con un tercer objeto. b) Las escalas Fahrenheit y Celsius difieren solo en la elección de la temperatura cero. c) El grado Kelvin tiene el mismo tamaño que el grado Celsius. d) Todos los termómetros dan el mismo resultado al medir la temperatura de un sistema en particular. Problema 2. Un espacio definido en el que algún proceso termodinámico se lleva a cabo se conoce como a) sistema termodinámico. b) ciclo termodinámico. c) proceso termodinámico. d) la ley termodinámica. Problema 3. Un sistema abierto es aquel en el que a) el calor y trabajo cruzan la frontera del sistema, pero la masa de la sustancia de trabajo no lo hace. b) la masa de sustancia de trabajo cruza el límite del sistema, pero el calor y el trabajo no lo hacen. c) tanto el calor y el trabajo así como la masa de la sustancia de trabajo cruzan la frontera del sistema. d) ni el calor y el trabajo, ni la masa de la sustancia de trabajo cruzan el límite del sistema. Problema 4. Un sistema aislado a) es una región determinada del espacio donde se produce la transferencia de energía.

3 b) es una región de masa constante y sólo se permite que la energía cruce la frontera del sistema. c) es aquel que no puede transferir la energía o masa, ya sea hacia o desde su interior. d) es uno en el que la masa dentro del sistema no es necesariamente constante e) ninguna de las anteriores. Problema 5. Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al dividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este motivo no son propiedades aditivas. Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada y son aditivas. Entre ellas tenemos el peso, el volumen y la masa. Son aditivas porque los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar. Cuál de las siguientes es una propiedad intensiva de un sistema termodinámico? a) volumen b) temperatura c) masa d) energía Cuál de las siguientes es una propiedad extensiva de un sistema termodinámico? a) presión b) volumen c) temperatura d) velocidad Problema 6. La temperatura a la que el volumen de un gas es cero se llama, según Kelvin, a) la escala absoluta de temperatura. b) temperatura de cero absoluto.

4 c) la temperatura absoluta. d) ninguna de las anteriores. Problema 7. El cero absoluto de temperatura se toma como a) 273 C. b) 273 C. c) 237 C. d) 373 C. Problema 8. La unidad de energía en unidades del SI es a) Joule (J). b) medidor de Joule (JM). c) Watt (W). d) Joule / metro (J / m). Problema 9. Un julio (J) es igual a a) 1 Nm. b) 1 knm. c) 10 Nm / s. d) 10 knm / s. Problema 10. El calentamiento y la expansión de un gas se llama a) sistema termodinámico b) ciclo termodinámico c) proceso termodinámico d) la ley termodinámica. Problema 11. Una serie de operaciones, que tienen lugar en un cierto orden y que restablecen la condición inicial se conoce como a) ciclo reversible b) ciclo irreversible c) ciclo termodinámico

5 d) ninguna de las anteriores. Problema 12. La condición para la reversibilidad de un ciclo es aquella en la cual a) la presión y la temperatura de la sustancia de trabajo no deben diferir, sensiblemente, de los valores iniciales entorno a cualquier etapa en el proceso. b) todos los procesos, que tienen lugar en el ciclo de funcionamiento, debe ser extremadamente lentos. c) las piezas de funcionamiento del motor debe estar libre de fricción. d) no debe haber ninguna pérdida de energía durante el ciclo de operación. e) todas las anteriores f) ninguna de las anteriores. Problema 13. En un proceso irreversible, se produce a) la pérdida de calor b) la ganancia de calor Problema 14. La principal causa de la irreversibilidad es a) la fricción mecánica y fluida. b) la expansión sin restricciones. c) la transferencia de calor con una diferencia de temperatura finita. d) todas las anteriores. e) ninguna de las anteriores. Problema 15. Un sistema que comprende una única fase se llama una a) sistema cerrado. b) sistema abierto. c) sistema aislado. d) sistema homogéneo. e) sistema heterogéneo.

6 Resp: 1) a) F, b) F, c) V, d) F, 2) a), 3) c), 3) c), 5) b), b), 6) b), 7) a), 8) a), 9) a), 10) c), 11) c), 12) e), 13) a), 14) d), 15) d). Problema 16. Explicar como es posible determinar que dos cuerpos están en equilibrio térmico entre, sabiendo que es imposible ponerlos mutuamente en contacto. Resp: Mediante un termómetro. Problema 17. Se aplica un tipo de cera en los esquíes para que resistan mejor las temperaturas comprendidas entre 12 y 7 C. Determinar cual es el intervalo de temperatura en la escala Fahrenheit. Resp: 9 F. Problema 18. La longitud de una columna de mercurio de un termómetro es de 4 cm, cuando el termómetro se sumerge en agua con hielo y 24 cm cuando el termómetro se coloca en agua hirviendo. a) Si la habitación esta a 22 C, determinar la longitud. b) La columna de mercurio mide 25, 4 cm, cuando el termómetro se introduce en una solución química. Determinar la temperatura de la solución. Resp: a) 8, 4 cm, b) 107 C. Problema 19. a) A qué temperatura centígrada corresponde el 0 F? b) La temperatura de la superficie del Sol es de unos 6000 C. Exprése esa temperatura en la escala Fahrenheit. c) Exprese la temperatura normal del cuerpo humano 98, 6 F, en la escala Celsius. d) Exprese la temperatura de pasteurización, 165 F,en la escala Celsius. e) Exprese el punto normal de ebullición del Oxígeno 183 C, en la escala Fahrenheit. Los valores asignados a los puntos fijos son:

7 Escala Punto de hielo Punto de vapor Celsius ( C ) Kelvin ( K ) 273,16 373,16 Rankine ( R ) 491,63 671,68 Fahrenheit ( F) Resp: a) 17, 77, b) 1112 F, c) 37 C, d) 73, 89 C, e) 297, 4 C. Problema 20. Cierta escala termométrica X adopta los valores 10 X y 510 X, respectivamente, para el primer punto fijo y el segundo punto fijo. Determine la ecuación de conversión entre la escala X y la escala C. Determinar la ecuación de conversión entre la escala X y la escala F. Cuánto corresponde en la escala X el valor de 30 C. Resp: x = 5T ( C) + 10, x = 25 9 T ( F) 710 9, 160 X. Problema 21. Un termómetro de gas a volumen constante cuyo bulbo está en contacto con agua, registra una presión correspondiente a 5 cmhg (tome la temperatura de referencia del termómetro de gas a volumen constante). Calcular la presión que señalará cuando el bulbo esté en contacto con el agua en el punto de ebullición normal. Resp: 6, 83 cmhg. Problema 22. Se tiene un termómetro de volumen constante a una temperatura desconocida T. Se realiza una serie de mediciones siguiendo el procedimiento del termómetro de gas (retiro o agregado de masa) y se obtuvo la siguiente tabla: Ph (mmhg) P (mmhg) 127, 9 256, 5 385, 6 516, 0 P/Ph 1, 279 1, 282 1, 285 1, 290 Hallar la temperatura desconocida T. Resp: 348 K.

8 Problema 23. La presión de un termómetro de gas a volumen constante es de 0, 4 atm, en el punto de hielo y de 0, 546 atm en el punto de vapor. a) Cuando la presión es de 0, 1 atm, determinar cual es la temperatura. b) Determinar la presión en el punto de ebullición del azufre (444, 6 C). Resp: a) 68, 3 K, b) 1, 05 atm. Problema 24. Construir una escala termométrica suponiendo que se define la temperatura t como una función logarítmica de alguna propiedad termodinámica x de la siguiente manera: t = a ln x+b. Suponiendo que x es la longitud de una columna de líquido, hallar la distancia, en cm, entre las temperaturas t = 40 y t = 90 sabiendo que: para t hielo = 0 corresponde L h = 5 cm, y para t vapor = 100, es L v = 25 cm. Resp: (5 1,9 5 1,4 )cm. Problema 25. Se define la escala Fahrenheit de modo que los puntos de congelación y ebullición del agua a una atmósfera son 32 F y 212 F, respectivamente. Determinar: Su correspondencia con la escala Celsius. La temperatura mínima de esa escala. Temperatura a la que coinciden los valores numéricos de ambas escalas. Resp: ºF = 1, 8ºC + 32, 32ºF, 40º. Problema 26. Explicar porque no es correcto medir la temperatura ambiente poniendo un termómetro al sol. Problema 27. Analizando las constantes (densidad, peso específico, etc.) del agua, explicar porque el agua no es un buen fluido termométrico. Problema 28. Al comprobar un termómetro de mercurio a la presión de una atmósfera, se encuentra que colocado en hielo marca 5 C y en vapor de agua 107 C. Calcular la temperatura cuando el termómetro marca 24 C

9 y la temperatura a la cual será nula la corrección del termómetro. Resp: 25, 8 C, 41, 6 C. Problema 29. La resistencia eléctrica de un elemento de un circuito electrónico es una función de la temperatura de la forma R = Ae B/T donde A, B son constantes y la temperatura se expresa en Kelvin. Calcular A y B cuando la resistencia marca 19KΩ a 25 C y 19, 9KΩ a 24 C. Resp: B=27,76, A=6,25. Problema 30. Que escala termométrica no tiene valores negativos o bajo cero. Resp: Kelvin