PROBLEMASDE FISICA 2 Y 13

FÍSICA I -Licenciaturas de Física y Matemáticas

PRÁCTICO Nº 9 – Termodinámica

Ejercicio 1.- ¿A qué temperatura darían los siguientes pares de escalas la misma lectura: (a) Fahrenheit y Celsius, (b) Fahrenheit y Kelvin, y (c) Celsius y Kelvin?

Ejercicio 2.- Un tubo abierto en un extremo y cerrado en otro, de longitud L = 25,0 m contiene aire a la presión atmosférica. Se introduce verticalmente en un lago de agua dulce hasta que el agua se eleva a la mitad del tubo, como se muestra en la figura. ¿Cuál es la profundidad h del extremo inferior del tubo? Suponga que la temperatura es la misma en cualquier parte y que no cambia.

Ejercicio 3.- El recipiente A contiene un gas ideal a una presión de 5,0  105 Pa y a una temperatura de 300 K. Está conectado por un tubo delgado al recipiente B con cuatro veces el volumen A; véase la figura. B contiene el mismo gas ideal a una presión de 1,0  105 Pa y a una temperatura de 400 K. Se abre la válvula de conexión, y se llega al equilibrio a una presión común mientras que la temperatura de cada recipiente se mantiene constante en su valor inicial. ¿Cuál es la presión final del sistema?

Ejercicio 4- Suponga que una muestra de gas se dilata de 2,0 a 8,0 m3 a lo largo de la trayectoria diagonal pV que se muestra en la figura. Luego se comprime nuevamente a 2,0 m3 a lo largo de cualquiera de las trayectorias 1 o 2. Calcule el trabajo neto efectuado sobre el gas para el ciclo completo en cada caso.

Ejercicio 5- Un gas ocupa un volumen de 4,33 litros a una presión de 1,17 atm y una temperatura de 310 K. Se le comprime adiabáticamente a un volumen de 1,06 litros. Determine:

a) la presión final y b) la temperatura final, suponiendo que el gas sea un gas ideal para el cual  = 1,40. c) ¿Cuánto trabajo fue efectuado sobre el gas? d) Repita los cálculos para el caso en que la compresión sea isotérmica, y represente ambos procesos en el diagrama P-V.

Ejercicio 6- (Examen Agosto 2004) - A una profundidad h debajo de la superficie del mar (densidad = ), donde la temperatura es Th, un buzo exhala una burbuja de aire que tiene un volumen Vh. Si la temperatura de la superficie del mar es Ts, ¿cuál es el volumen de la burbuja justo antes de que se rompa en la superficie? Halle el valor del volumen de la burbuja en la superficie si h = 25,0 m,  = 1025 kg/m3, Th = 5,00ºC, Vh. = 1,00 cm3 y Ts, = 20,0ºC.

Asuminendo que la burbuja de aire se comporta como un gas ideal:

Entonces: pero: y

Ejercicio 7.- Un cilindro que tiene un radio de 400 mm y 50,0 cm de profundidad se llena con aire a 20,0ºC y 1,00 atm (fig.a). Un pistón de 20,0 kg desciende luego en el cilindro y comprime el aire atrapado en el interior (fig.b). Por último, un hombre de 75,0 kg parado sobre el pistón comprime aún más el aire que permanece a 20,0ºC (fig.c). a) ¿Qué distancia (h) se mueve el émbolo cuando el hombre está parado sobre él?

b) A qué temperatura debe calentarse el gas para elevar el pistón y al hombre de regreso a hi?

Con el pistón solo, como T se mantiene constante:

PV = P0V0  P(Ahí) = P0 (Ah0)

 pero 

= = 0,49808 m

Cuando se sube el hombre, la situación es similar pero con la masa adicional de la persona:

= = 0,49102 m

= 7,06 mm

b) Ahora es a presión constante:  = = = =297,36 K

T = 297,36 K = 24,21ºC

Ejercicio 8.- Una esfera de 20 cm de diámetro contiene gas ideal a 1,00 atm y 20,0ºC. Conforme la esfera se calienta hasta una temperatura de 100,0ºC, una válvula (que mantiene la presión constante) deja que el gas escape. La válvula se cierra luego de haber alcanzado esa temperatura, y la esfera se pone en un baño de agua congelada hasta alcanzar la temperatura de 0,00ºC . Determine la presión en la esfera cuando ésta está a la temperatura del agua congelada.

Ejercicio 9.- Un recipiente metálico aislado de 5,00 kg de masa contiene 20,1 kg de agua. Un trozo del mismo metal, de 2,50 kg, que inicialmente está a 190 ºC. se sumerge en el agua. Si la temperatura del agua sube de 16,0 ºC a 17,8 ºC, calcule el calor específico del metal.

mR = 5,00 kg mA = 20,1 kg mM = 2,50 kg

TM = 190ºC TA = 16,0ºC TF = 17,8ºC cA = 4186 J/kgºC

QCEDIDO = QABSORBIDO



359 J/kgºC cM = 359 J/kgºC

Ejercicio 10.- a) Dos cubos de hielo de 50,0 g cada uno se dejan caer en 200 g de agua en un vaso. Si el agua estaba inicialmente a una temperatura de 25,0 ºC, y el hielo venía directamente de un congelador a –15,0 ºC, ¿cuál es la temperatura final de la bebida?

b) Si sólo se hubiera usado un cubo de hielo en (a), ¿cuál sería la temperatura final de la bebida?

Desprecie la capacidad calorífica del vaso.

Ejercicio 11.- (Examen Ingeniería Julio 2000)- En un recipiente aislado que contiene 180,0 g de agua a 20,0 ºC se colocan 30,0 g de hielo a –10 ºC y 120,0 g de un metal de 0,180 kJ/kgºC de calor específico y cuya temperatura es de 80,0 ºC. El estado final del sistema es:

a) metal y agua a la temperatura de 6,8ºC.

b) metal, agua y 1,2g de hielo a 0ºC.

c) metal y agua a la temperatura de 0ºC.

d) metal y agua a la temperatura de 3,2ºC.

e) metal, agua y 4,5g de hielo a 0ºC.

Ejercicio 12.- Un gas encerrado en una cámara pasa por el ciclo mostrado en la figura. Determine el calor neto añadido durante el proceso CA si QAB = 20 J, QBC = 0 y WBCA = – 15 J.

Ejercicio 13.- Cuando un sistema se lleva del estado i al estado f a lo largo de la trayectoria iaf en la figura, se encuentra que Q = + 50 J y que W = – 20 J. A lo largo de la trayectoria ibf, Q = + 36 J.

a) ¿Qué valor tiene W a lo largo de la trayectoria ibf?

b) Si W = + 13 J para la trayectoria curva de regreso fi, ¿qué valor tiene Q para esta trayectoria?

c) Considere que Eint,i = 10 J. ¿Cuánto vale Eint,f ?

d) Si Eint,b = 22 J, halle Q para el proceso ib y para el proceso bf.

Ejercicio 14.– Tres moles de un gas ideal que se encuentra en el estado inicial A (P = 12 atm y T = 500 K) describen

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