Termodinamica

1. Explique con sus palabras el experimento de Evangelista Torricelli y la relevancia del mismo para la correcta medición de la temperatura.

El evangelista Torricelli llenó de mercurio un tubo de 1m de largo (cerrado por uno de sus extremos) y además dispuso una cubeta, tambien con mercurio. Luego volcó cuidadosamente el tubo sobre la cubeta, hasta colocarlo verticalmente con el extremo abierto hacia abajo. Sorprendentemente, la columna de mercurio bajó varios centimetros pero se mantuvo estática a los 76 cm (760mm) de altura.

Para explicar esto, se planteó que la atmosfera ejerce una presion hacia arriba que contrarresta la fuerza peso y que impide que el mercurio siga saliendo del tubo. Es decir, cuando la presion atmosferica iguala a la presion ejercida por el peso de la columna de mercurio, éste ya no puede salir del tubo.

Por lo tanto, y dado a que el experimento fue realizado a nivel del mar, se llegó a la conclusion que la presion atmosferica a ese nivel es de 760mm de Hg.

2. Una masa de nitrógeno a 20 °C y a 2 atmósferas de presión ocupa un volumen de 800 cm3¿Qué variación de volumen se producirá al calentarlo hasta 156,6 °C?

Presión= 2atm

Temperatura inicial(T1)= 20ºC = 293,15K

Volumen inicial (V1)= 800cm3= 800mL=0,8L

Temperatura final (T2) = 156,6ºC = 429,75K

Volumen final (V2) = x

A presion constante tenemos que V1/T1=V2/T2

0,8L/293,15K = V2/429,75K

V2= 1,173L

Entonces, la variacion de volumen seria:

V2-V1= 1,173L-0,8L = 0,373L

3. En las noches de Navidad y Año Nuevo, en algunos países, es común ver volar globos con una barquilla en la que va una vela encendida. Explique detalladamente qué efectos causanque los globos vuelen.

Los globos se elevan debido a que con la temperatura las particulas de gas se dispersan más y por ende hay una menor masa por unidad de volumen, dicho de otro modo, el aire caliente es menos denso.Por lo tanto, los globos de aire caliente al tener menor densidad que el aire que los rodea se elevan, puesto que la diferencia de densidades producirá una fuerza hacia arriba que hará que el globo suba siempre y cuando ésta sea mayor a la fuerza peso (hacia abajo) del globo. En el caso contrario, el globo no ascenderá.

Entonces:

Fuerza de elevacion = fuerza hacia arriba (por densidades) – peso del globo.

4. Partiendo del contenido visto en la semana, ¿por qué en los bloques en las calles hechas de cemento se deja un espacio relleno de brea?

Los cambios de temperatura producen cambios en el volumen de los materiales, ya sea haciendo que se contraigan o que se dilaten, eso es lo que pasa con el cemento. Para evitar que estos cambios producidos por la temperatura generen grietas en la calle es que se deja un espacio relleno de brea, un material que se caracteriza por ser muy elastico y es capaz de amortiguar cambios en materiales más rigidos como el cemento.

5. Suponga un puente de acero de 560 m a 15 °C, ¿cuál es la variación en su longitud entre los ‐6 °C y los 40 °C?

L0= 560m

t0= 15ºC

Debemos tomar como referencia t0 pues sabemos que a esa temperatura el puente es de 560m, entonces hay dos variaciones de temperatura:

Δt1= t1 – t0 = - 6ºC – 15ºC = - 21ºC

Δt2= t2 – t0 = 40ºC – 15ºC = 25ºC

Sabemos que para el acero α=11,5*106

Y ademas que : L1 = L0 (1+ α*Δt1) y L2 = L0 (1+ α*Δt2)

Entonces, la variacion en la longitud entre -6ºC y 40ºC:

ΔL= L2 – L1 = L0 (1+ α*Δt2) - L0 (1+ α*Δt1)

ΔL= L0 α (Δt2 - Δt1)

ΔL = 560m * 11*106 (25 + 21)

ΔL = 0,296 m

La variacion de longitud es 0,296m

6. Expresar en la escala Kelvin las siguientes temperaturas:

K = ºC + 273,15

a) 50° C = 323,15K

b) 0°C = 273,15K

c) ‐ 35° C = 238,15K

7. ¿Cuánto medirá a 40 °C un alambre de cobre que a 0 °C mide 3.000 m?

L0= 3000m

t0= 0ºC

L1= ¿?

t1=

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