Técnico Profesional FÍSICA

Transcripción

1 Programa Técnico Profesional FÍSICA Calor I: calor y temperatura Nº Ejercicios PSU 1. Un recipiente contiene un líquido a temperatura desconocida. Al medir la temperatura del líquido en MTP las escalas Celsius y kelvin, es correcto afirmar que I) el valor numérico en la escala Celsius es positivo. II) el valor numérico en la escala kelvin es positivo. III) en la escala Celsius el valor registrado es menor que en la escala kelvin. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo II y III E) I, II y III 2. A nivel del mar, cuál es la temperatura de fusión del hielo en la escala Celsius? MTP A) -460 [ºC] B) -273 [ºC] C) 0 [ºC] D) 100 [ºC] E) 273 [ºC] GUICTC009TC32-A16V1 Cpech 1

2 FÍSICA 3. En el noticiero de un canal de televisión se entrega el siguiente informe del tiempo para un día MTP determinado. Temperatura mínima : 10 [ºC] Temperatura máxima : 32 [ºC] Considerando esta información, cuál es la variación de temperatura que se espera para ese día, en la escala kelvin? A) 10 [K] D) 283 [K] B) 22 [K] E) 305 [K] C) 32 [K] 4. Si se tiene un líquido desconocido a 0 [ C] y se le aplica calor, entonces el líquido MC A) se dilatará. B) se contraerá. C) mantendrá su volumen. D) se dilatará o se contraerá, nunca mantendrá su volumen. E) se contraerá o mantendrá su volumen, nunca se dilatará. 5. Es una magnitud que da cuenta de la mayor o menor agitación de las partículas que constituyen MC un cuerpo. La definición anterior corresponde al concepto de A) calor. B) convección. C) temperatura. D) dilatación. E) contracción. 6. Al calentar un alambre por un extremo, el calor se propaga a través de él por MC A) convección. B) conducción. C) radiación. D) convección y radiación. E) radiación y conducción. 7. Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto afirmar que MC I) se requiere de una fuente de calor para que se produzca. II) se produce en un medio material. III) se produce solo en los fluidos. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 2 Cpech

3 GUÍA 8. Tres jóvenes se encuentran sentados junto a una fogata en la playa, frente al mar. El calor que MC ellos perciben en estas condiciones se transmite, principalmente, por I) conducción. II) convección. III) radiación. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo II y III. 9. La siguiente figura muestra tres termómetros diferentes, en los que se han marcado tres MC temperaturas distintas. R K Kelvin 100 ºC Celsius 212 ºF Fahrenheit 0 ºC T ºF 0 K S ºC 460 ºF Basándose en la información entregada en la figura, cuáles son los valores de las temperaturas faltantes R, S y T? R S T A) B) C) D) E) Cpech 3

4 FÍSICA 10. La dilatación que experimentan los cuerpos sólidos depende de MC I) el valor del coeficiente de dilatación lineal del material. II) la temperatura a la cual se encuentren inicialmente. III) la variación de temperatura a la cual sean sometidos. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y III. E) I, II y III. 11. Respecto a las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y kelvin, es correcto afirmar que MC I) para una misma temperatura, el valor numérico en la escala kelvin siempre supera al valor en la escala Celsius. II) III) la temperatura en la escala kelvin nunca es negativa. al aumentar la temperatura de un cuerpo 10 grados en la escala Celsius, aumenta 18 grados en la escala Fahrenheit. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III 12. Considerando la teoría cinética molecular, es correcto afirmar que MC I) las moléculas de un cuerpo están siempre en movimiento. II) los aumentos de temperatura en un cuerpo conllevan un aumento en la energía cinética de sus moléculas. III) en un cuerpo que se encuentra a 0 C, la energía cinética de sus moléculas es prácticamente nula. A) Solo I B) Solo I y II C) Solo I y III D) Solo II y III E) I, II y III 4 Cpech

5 GUÍA 13. La dilatación es un fenómeno térmico, en el cual los cuerpos incrementan su tamaño al aumentar MC su temperatura. Para un aumento de temperatura definido, el grado de dilatación que experimente un cuerpo dependerá del tipo de material y del tamaño inicial del cuerpo. En un experimento se tiene una caja abierta, de 1 [m] x 1 [m] x 1 [m], construida de un determinado material, y en la cual caben exactamente 27 esferas idénticas entre sí, hechas del mismo material de la caja, sin que quede espacio para ninguna otra esfera, tal como muestra la figura. El conjunto (caja y esferas) es puesto en un horno y calentado, de manera que su temperatura experimenta un incremento de T grados Celsius. Luego, la caja (conteniendo las esferas) es sacada del horno y sus lados son inmediatamente medidos, encontrándose que ahora tienen 1,2 [m] x 1,2 [m] x 1,2 [m], producto de la dilatación térmica experimentada. Considerando el aumento registrado en las dimensiones de la caja, cuántas esferas más caben en ella, cuando es recién sacada del horno? A) 12,0 esferas B) 3,6 esferas C) 1,2 esferas D) 0,6 esferas E) 0 esferas 14. Respecto del calor, es correcto afirmar que MTP I) se transmite siempre desde un cuerpo de mayor masa a uno de menor masa. II) fluye de manera espontánea desde un cuerpo hacia otro de menor temperatura. III) su unidad de medida en el S.I. es el grado kelvin. A) Solo II B) Solo III C) Solo I y II D) Solo II y III E) I, II y III Cpech 5

6 FÍSICA 15. Un frasco de vidrio, cuya capacidad volumétrica es [cm 3 ], está lleno de mercurio. Si al calentar MC 100 [ C] el conjunto se derraman 15 [cm 3 ] de mercurio, cuál fue la dilatación que experimentó este material? (Considere que el coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es 0, [ C] 1 ) A) 14 [cm 3 ] B) 15 [cm 3 ] C) 16 [cm 3 ] D) 18 [cm 3 ] E) 20 [cm 3 ] 16. Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica 6, [ºC] 1 se encuentra contenido en MC un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación lineal es 2, [ºC] 1. Si el líquido llena completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [ºC], es correcto afirmar que el líquido se dilatará A) el triple de lo que lo hará el recipiente. B) el doble que el recipiente. C) lo mismo que el recipiente. D) la mitad de lo que se dilatará el recipiente. E) la tercera parte de lo que se dilate el recipiente. 17. En cuál(es) de las siguientes situaciones predomina la transmisión de calor por conducción? MTP I) Calentar una barra de metal. II) Soplar y enfriar una taza con café. III) Derretir un trozo de mantequilla en un recipiente caliente. A) Solo I B) Solo III C) Solo I y II D) Solo I y III E) Solo II y III 18. Al verter agua caliente en un vaso de vidrio común este generalmente se rompe, debido a que MTP la parte interior y exterior poseen diferente temperatura. No obstante, si el recipiente es de vidrio Pyrex esto no ocurre, pues es un material que resiste cambios bruscos de temperatura. Respecto a lo anterior, cuál de las siguientes opciones permite explicar correctamente por qué un vaso de este material no se rompe al verter agua caliente en él? A) El vidrio Pyrex es más duro que el vidrio común. B) El vidrio Pyrex posee menor coeficiente de dilatación lineal que el vidrio común. C) El vidrio Pyrex se contrae al verter agua caliente, en cambio el vidrio común se dilata. D) El vidrio Pyrex se dilata en una dirección y se contrae en otra. E) El vidrio Pyrex posee un comportamiento anómalo en un cierto rango de temperaturas, similar al comportamiento del agua. 6 Cpech

7 GUÍA 19. Una persona llenó completamente el estanque de bencina de su auto y lo dejó estacionado al MC sol. Luego de cierto tiempo se dio cuenta de que, en virtud del aumento de temperatura, cierta cantidad de bencina se había derramado del estanque. Respecto de esta situación, es correcto afirmar que I) se dilató el estanque de bencina. II) la dilatación del combustible fue mayor que la del estanque. III) el coeficiente de dilatación volumétrica de la bencina es mayor que el coeficiente de dilatación volumétrica del estanque. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III 20. Una barra bimetálica es una barra fabricada mediante la unión de dos láminas metálicas de MC distinto material. La barra bimetálica de la figura se encuentra horizontal y anclada al muro en el extremo A. Pared Metal 1 A B Metal 2 Si el coeficiente de dilatación lineal del metal 1 es [ºC] 1, el coeficiente de dilatación superficial del metal 2 es [ºC] 1, y todo el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 10 [ºC], entonces es correcto afirmar que A) el metal 2 se expande más que el metal 1. B) la barra se curva y el extremo B sube. C) la barra se curva y el extremo B baja. D) en la barra, los dos metales se expanden la misma cantidad. E) la temperatura no afecta a los metales 1 y 2. Cpech 7

8 FÍSICA Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad 1 Aplicación 2 Reconocimiento 3 Aplicación 4 Comprensión 5 Aplicación 6 Reconocimiento 7 Reconocimiento 8 Comprensión 9 Aplicación 10 Reconocimiento 11 Comprensión 12 Aplicación 13 ASE 14 Aplicación 15 Aplicación 16 ASE 17 Comprensión 18 ASE 19 Comprensión 20 Aplicación 8 Cpech

9 GUÍA Resumen de contenidos Calor Se define como la energía en tránsito que fluye natural y espontáneamente desde un cuerpo o sistema más caliente hacia otro más frío. Es una magnitud escalar y se mide en: S.I.: [joule] = [J] C.G.S.: [ergio] = [erg] También se puede expresar en calorías: 1 [caloría] = 4,18[J]. Temperatura Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo o sistema. Mientras más se muevan (vibren) las partículas de un cuerpo, mayor será su temperatura. Es una magnitud escalar y se puede expresar según diferentes escalas termométricas. Las más usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin. Escala Celsius Creada en 1742 por el físico y astrónomo sueco Anders Celsius. En esta escala a la temperatura de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC] y a la temperatura de ebullición del agua se le asigna el valor 100 [ºC]. Escala Fahrenheit Fahrenheit Celsius Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit (alemán); en esta escala la temperatura de fusión del hielo corresponde a 32 [ºF], y la temperatura de ebullición del agua corresponde a 212 [ºF]. T C = 5 9 (T 32) F Temperatura ebullición del agua. Temperatura fusión del hielo. Cpech 9

10 FÍSICA Escala kelvin o absoluta Fahrenheit Creada en 1848 por el británico William Thomson (Lord Kelvin). La escala absoluta incluye la temperatura teórica más baja posible, el cero absoluto o 0 [K]. En esta escala la temperatura de fusión del hielo corresponde, aproximadamente, a 273 [K] y la de ebullición del agua a 373 [K] Celsius Kelvin Temperatura ebullición del agua. Temperatura fusión del hielo. T K = T C Cero absoluto Transmisión del calor El calor puede transmitirse de tres formas, que dependen del medio por el cual se propague. Conducción El calor (energía) se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material. Esta forma de propagación del calor ocurre solo en los sólidos. Convección Corresponde a la transmisión del calor en los fluidos (líquidos y gases) por medio de corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes. Radiación El calor puede viajar grandes distancias a través del vacío; en este caso la energía se transmite por medio de ondas electromagnéticas. Dilatación y contracción de materiales Dilatación lineal La dilatación o contracción afecta solo la longitud del cuerpo (las otras dos dimensiones son despreciables respecto de la primera). Por ejemplo: un alambre. L i L L = L i T 10 Cpech

11 GUÍA Dilatación superficial La dilatación o contracción afecta el área o superficie del cuerpo (el objeto posee solo dos dimensiones importantes y una tercera despreciable respecto de las otras dos). Por ejemplo: una lámina delgada de metal. S i S S = S i T = 2 Dilatación volumétrica La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo (cada una de las dimensiones del objeto es importante respecto de las demás). Por ejemplo: un cubo de metal. V i V V = V i T = 3 El agua, una excepción En general, los materiales se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo. Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC]. Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC]. Volumen específi co ( cm3 g ) 1,0016 1,0014 1,0012 1,0010 1,0008 1,0006 1,0004 1,0002 Volumen v/s temperatura Densidad (g/cm 3 ) 1,0000 0,9999 0,9998 0,9997 Densidad v/s temperatura 1, Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Cpech 11

12 FÍSICA b A c Glosario Fluir: Dicho de un líquido o de un gas; que circula de un punto a otro. Magnitud: Cualquier propiedad física que puede ser medida. Magnitud escalar: Magnitud que queda completamente definida por un número y una unidad de medida. Por ejemplo, la temperatura (30 grados Celsius), el tiempo (2 horas), la longitud (3 metros), etc. Partícula: Cuerpo muy pequeño, de dimensiones despreciables, pero que posee una masa defi nida. Energía cinética: Energía que posee un cuerpo debido a su movimiento. Ebullición: Acción y efecto de hervir. Medio (físico): Espacio físico en que se desarrolla un fenómeno determinado. Anómalo: Irregular, extraño. Registro de propiedad intelectual de Cpech. Prohibida su reproducción total o parcial. 12 Cpech