Curso: Física II, Ingeniería Electrónica.-UPAO Docente : Manuel Carnero Arroyo Archivo: 05Ptermodinamica2012-II ==========================================

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TERMODINAMICA

1. Un recipiente de 300g de aluminio contiene 200g de agua a 10°C si se agregan 100g de agua a 100°C, ¿cuál es la temperatura final de equilibrio del sistema?

2. Un calorímetro de aluminio con una masa de

100g contiene 250g de agua. Están en equilibrio térmico a 10°C. Se colocan dos bloques de metal en el agua. Uno es una pieza de 50g de cobre a 80°C. La otra muestra tiene una masa de 70g a una temperatura de 100°C. Todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20°C. (a) Determine el calor específico de la muestra desconocida. (b) Determine que material puede ser, usando tablas de textos.

3. Un termistor obedece la ley:

R(T) =R0eB/T

Donde R0 y B son constantes. Cuando se calibra dicho termistor en el punto triple del agua se encuentra una resistencia R3= 938,7Ω y en el punto de vapor Rv= 1055,2 Ω. Hallar la temperatura que mide ese termistor cuando su lectura es R= 1004,5 Ω.

4. Un termómetro de gas a volumen constante

indica una presión de 50 torr en el punto triple del agua. (a) ¿Cuál será la presión cuando el termómetro mida una temperatura de 300 K? (b) ¿Qué temperatura de gas ideal corresponde a una presión de 678 torr?

5. La longitud de una columna de mercurio de un termómetro es de 2,0 cm cuando el termómetro se sumerge en agua con hielo y 24,0 cuando el termómetro se coloca en agua hirviendo. (a)¿Cuál será su longitud en una habitación a 22,0ºC? (b) La columna de mercurio mide 30,0 cm cuando el termómetro se introduce en solución química. ¿cuál es la temperatura de la solución?

6. Se calienta un gas de 27°C a 127°C mientras

se mantiene a presión constante en un recipiente cuyo volumen aumenta. ¿En qué factor cambia el volumen?

7. Al comparar la escala X de un termómetro

con la escala C (Celsius), se obtiene la siguiente grafica de correspondencia entre las medidas:

Fig.1

(a) Para la temperatura de fusión del hielo ¿Qué temperatura marcará el termómetro X (b) Para la temperatura de vapor de agua en ebullición, ¿Qué temperatura marcara el termómetro X?

8. Hallar el aumento de volumen que

experimentan 100 cm3 de mercurio cuando su temperatura se eleva de 10 a 35 °C.

9. Un alambre de cobre de 200 m absorbe 150

cal. Si su masa es de 40 g .cual es la variación de longitud que ha sufrido? (α cu =17 x 10-6 °C-1 y c =0,09 cal/g°C)

10. Dos varillas, una de acero y otra de bronce,

presentan la característica de que a cualquier temperatura tienen una diferencia de longitudes de 50cm. ¿Cuáles son las longitudes que ambos presentan a la temperatura de 0°C. α acero =1,2 x 10-5°C-1 , α bronce =1,8 x 10-5°C-1

11. Una persona de pie se encuentra en una

habitación con brisa a 20ºC. Determine el flujo calorífico total de la persona, si el área de la superficie expuesta y la temperatura de la piel son 1,6 m2 y 29ºC, respectivamente. El coeficiente de transferencia de calor por convección es de 6W/m2.ºC, la emisividad de la piel humana es 0,95.

12. Dos barras metálicas, cada una de longitud 5

cm y sección transversal rectangular de lados 2 y 3 cm, están encajadas entre dos paredes, una mantenida a 100ºC y la otra a 0ºC (ver Fig.2). Determinar: a) la corriente térmica en cada barra; b) la corriente térmica total; c) la resistencia térmica equivalente del sistema formado por las dos barras; d) ¿cuál sería esta resistencia si las barras se colocan en serie?

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Conductividades térmicas de las barras: kPb=353 W/mK; kAg=429 W/mK.

Fig.2

13. Una pared de 4m de alto y 6m de ancho

consiste de ladrillos con una sección transversal horizontal de 18cmx30cm (k=0,72W/m.°C ) separados por capas de mezclas (k=0,22W/m°C) de 3cm de espesor. También se tienen capas de mezclas de 2cm de espesor sobre cada lado de la pared y una espuma rígida (k= 0,026W/m2.°C) de 2cm de espesor sobre el lado interior de la misma. Las temperaturas en el interior y el exterior son de 22°C y -4°C y los coeficientes de transferencia de calor por convección sobre los lados interior y exterior son h1= 10W/m2.°C y h2= 20W/m2.°C, respectivamente. Si se supone una transferencia unidimensional de calor y se descarta la radiación, determine el flujo calorífico a través de la pared.

Fig. 3

14. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye 500J. Si al mismo tiempo se hacen 220J de trabajo sobre el sistema, encuentre el calor transferido por, o hacia, el sistema.

15. Un gas diatómico se expande adiabáticamente desde 10atm a 1atm y entonces su temperatura es de –80ºC. Calcular la temperatura inicial.

16. En un recinto adiabático disponemos de 1kg

de hielo a 0ºC y exceso de vapor de agua a 100ºC. Calcular la cantidad de vapor que se condensará.

17. En un recipiente abierto a la atmósfera, colocamos 1kg de hielo a 0ºC y 2kg de agua a 90ºC. Determinar, (a) La temperatura de equilibrio, (b) El trabajo realizado por cada sistema, y (C) el cambio de energía interna de los sistemas en transformación?

18. ¿Una máquina térmica absorbe 360 J de calor y realiza un trabajo de 25J en cada ciclo. Encuentre: (a) la eficiencia de la máquina y (b) el calor liberado en cada ciclo.

19. Un refrigerador tiene un coeficiente de

operación igual a 5. Si el refrigerador absorbe 120J de calor de una fuente fría en cada ciclo, encuentre: (a) el trabajo hecho en cada ciclo y (b) el calor liberado hacia la fuente caliente.

20. Un gas ideal monoatómico inicialmente a

19,0ºC es comprimido súbitamente a un décimo de su volumen original. ¿Cuál es la temperatura después de la compresión? Haga el mismo cálculo para un gas diatómico.

21. Un frigorífico doméstico que debe mantener

el congelador a una temperatura de -18 ºC funciona con un coeficiente de rendimiento, K, igual a la tercera parte del máximo posible. La potencia consumida es de 2 kw. Puede suponerse que el ambiente que lo rodea está a una temperatura fija de 20 ºC. ¿Qué energía se está extrayendo del congelador?

22. Un mol de hidrogeno a una presión de 1 atm ocupa 22,4 L y evoluciona según las transformaciones reversibles siguientes: 1° Un calentamiento isobárico hasta una temperatura de 819 K; 2° Un enfriamiento isócoro hasta la temperatura inicial; 3° Una transformación que cierra el ciclo, cuya representación en un diagrama PV es una recta. (a) Calcular el trabajo neto y el balance calorífico en el ciclo completo, así como las variaciones de energía interna y entropía en el mismo. (b) El intercambio de calor y de trabajo y las variaciones de energía interna y de entropía en la tercera transformación.

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23. Un mol de un gas ideal recorre un ciclo de Carnot reversible ABCD con VA=20L, VB=40L, tAB=27ºC y tCD= -73ºC. Dibujar las etapas del ciclo en un diagrama de PV. Calcular ∆P, ∆V, ∆T, ∆U, ∆Q y ∆S en cada etapa del ciclo. CV =3/2R

24. Una máquina de Carnot tiene una potencia de

salida de 150kW. La máquina opera entre dos fuentes a 20°C y 500°C. (a) Cuánta energía calorífica se absorbe por hora? (b) ¿Cuánta energía calorífica se pierde por hora?

25. En un recipiente abierto a la atmósfera,

colocamos 1 kg de hielo a 0 °C y 2 kg de agua a 90 °C. Determinar: (a) La temperatura final de equilibrio. (b) El trabajo realizado por cada sistema. c) Los cambios de energía interna y entropía de cada unos de los sistemas en la transformación.

26. Un gas ideal describe en sentido horario el

ciclo termodinámico que se presenta en la fig. 4. El volumen específico va= 10 L/mol, y vb= 2 va. La temperatura máxima del ciclo es 673 K, y se sabe que el trabajo del proceso de compresión en cada ciclo es -1,80 kJ/mol. Si el coeficiente adiabático del gas es γ= 1,40 se pide: (a) Determine las coordenadas v, p, T de todos los puntos notables del ciclo.(b) Calcule el calor y la variación de energía interna en cada una de las etapas. ¿Cuál es el rendimiento del ciclo? (c) Calcule la variación de entropía sufrida en cada etapa del ciclo.

Fig.4

27. Dos moles de un gas perfecto, que inicialmente ocupan 44,8 L a 1atm de presión, se someten a una transformación isoterma reversible en la que su entropía disminuye 2,75 cal/K. Determinar: (a) el estado final del gas (b) el trabajo realizado y el calor absorbido durante el proceso.