Calorimetria

CALOR 05. ¿Qu´e fracci´on del volumen de un dep´ osito de vidrio a 0 o C debe ser llenado con mercurio a 0 o C para que el volumen de la parte vacia permanezca constante cuando el conjunto es sometido a cualquier cami. La temperatura de un sistema es una propiedad que bio de temperatura?(αdep´osito = 25 × 10−6 o C −1 ; βHg = determina si un sistema est´ a en equilibrio o no con 18 × 10−5 o C −1 ) otro sistema.

01. Determine la veracidad (V ) o falcedad (F ) de cada una de las siguientes proposiciones.

ii. La densidad del agua a 4 o C es m´ axima, = 1 g/cm3

A) 5/12 D) 12/5

B) 7/5

C) 5/7 E) 13/7

iii. La cantidad de calor que sale de un cuerpo en contacto con otro, es igual a la cantidad de calor que 06. Se desea colocar un anillo de 2 cm de radio interno soentra en el otro. bre un tubo de 2,1 cm de radio externo, si inicialmente el anillo est´a a 25 o C, ¿hasta que temperatura, en o C, se le iv. La relaci´on siguiente: 1 cal = 4,18 J y 1 BT U = deber´a calentar para que ingrese justo sobre el tubo?. El 778 libra pie. es conocida como el Equivalente Mecoeficiente de dilataci´on superficial del material del cual canico de Calor. est´a hecho el anilllo es 0, 002 o C −1 v. Los cambios de estado de los materiales son conociA) 85,25 B) 50,5 C) 35,5 dos como: s´olido, liquido, gaseoso, plasma y CBE. D) 76,25 E) 56,5 A) V V V V V D) V F V V V

B) F F V V V

C) V F V F V E) V F F V F

07. ¿Se tiene un recipiente que contiene mercurio hasta la mitad de su volumen. El recipiente esta formado por un material cuyo coeficiente de dilataci´on lineal y la del 02. El coeficiente de dilataci´ on lineal de un metal es mercurio guardan la siguiente relaci´on: αHg = 3αm = α. 0, 000015 o C −1 . Si una barra de dicho metal se calienta Hallar el m´aximo incremento de temperatura que debe en 100 o C, ¿en qu´e porcentaje aumenta su longitud?: sufrir el conjunto, para que no se derrame ni una gota de mercurio. A) 0,30 % B) 0,15 % C) 0,10 % D) 0,25 % E) 0,05 % A) 1,5α−1 B) 2,5α−1 C) α−1 D) 3α−1 E) 3,5α−1 03. Dos l´aminas de lat´on y acero tienen superficies iguales a 10 o C y 20 o C, respectivamente. ¿A qu´e temperatura 08. Se tiene una esfera hueca de radio R y espesor desprecom´ un tendr´an nuevamente sus ´ areas iguales?(αlat´on = ciable, en su interior se halla otra esfera de radio r. En 19 × 10−6 o C −1 ; αacero = 11 × 10−6 o C −1 ) que relaci´on se encuentran sus radios R/r para que el volumen de la parte intermedia no var´ıe al incrementar la A) 278,5 o K B) 269,25 o K C) −3,75 o K . o o temperatura. (αr = 8αR ). D) −269,5 C E) 3,75 C 04. Una varilla de peso despresiable se encuentra en equiliR A) 1 brio, empotrado y soldado a una pared vertical met´alica B) 2 (ver fig.). Un resorte sin estirar se coloca entre el bloC) 3 r que de 100 kg de masa y la varilla. ¿Cual es el menor D) 4 incremento de temperatura que debe experimentar la vaE) 5 rilla, para que el bloque y la varilla no caigan.(µ = 0,1 ; αvarilla = 1,0 × 10−5 0 C −1 ; k = 10000 N/m, desprecie 09. Cu´al es el cambio de temperatura que ha ocacionado un las dilataciones del bloque y resorte). aumento de 0,3 cm de longitud en una varilla, si se sabe que al aumentar su temperatura en 15 o C adicionales se obtiene una dilataci´on total de 0,8 cm.

A) 105 o C D) 106 o C

B) 104 o C

C) 103 o C E) 107 o C

A) 7 o C D) 1,5 o C

B) 5 o C

C) 9 o C E) 10 o C

10. Un estudiante del crepreuna mezcla dos cantidades de un mismo fluido que est´ an a diferentes temperaturas. La masa y la temperatura en grados Celsius de uno de ellos es el triple del fluido m´ as fr´ıo, respectivamente. La temperatura inicial del fluido es 20 o C. Hallar la temperatura de equilibrio de la mezcla. A) 20 o C D) 40 o C

B) 30 o C

C) 50 o C E) 60 o C

11. Una bala movi´endoce con una velocidad de 400 m/s choca con una pared y penetra en ella. Suponiendo que el 10 % de la energ´ıa cin´etica de la bala se convierta en energia termica en la bala, calent´ andola, calcular el incremento de su temperatura. Calor especifico de la bala: Cebala = 100 J/kg o C

A) 675 cal D) 204 cal

B) 565 cal

C) 655 cal E) 625 cal

16. En el laboratorio de F´ısica de la E.P. de Cs. F´ısico Matem´aticas de la UNA - Puno, Un docente en el curso de F´ısica II realiza la siguiente experiencia con sus estudiantes. Se calienta dos cuerpos A y B de masas 120 g y 380 g 12. Un cubo de hielo de 50 g de masa y cuya temperatura o repectivamente, obteni´endoce un comportamiento para es −10 C es colocado al agua de las orillas del lago Tio su temperatura en funci´on al calor que absorben como se ticaca, en horas de la ma˜ nana la cual se encuentra a 0 C. muestra en la gr´afica adjunta. Encuentre la relaci´ on entre ¿Que cantidad de agua se solidificar´ a?. sus calores espec´ıficos. A) 1,15 g B) 7,25 g C) 3,125 g D) 5,125 g E) 0,5 g A) 60 o C D) 80 o C

B) 30 o C

C) 50 o C E) 70 o C

13. Se proporciona 4,56 kcal a un trozo de hielo de 40 g de masa que se encuentra a −18 o C. Se desea averiguar en qu´e face a qu´e temperatura quedar´ a el agua al t´ermino de la transferencia de calor. (Cehielo = 0,5 cal/g o C) A) B) C) D) E)

El El El El El

agua agua agua agua agua

queda queda queda queda queda

en en en en en

f ace f ace f ace f ace f ace

liquida y a 18 o C liquida y a 38 o C liquida y a 25 o C liquida y a 20 o C de evaporaci´ on y a 100 o C

A) 5 D) 2

B) 4

C) 3 E) 1

14. Un estudiante de la UNA - Puno desea calentar agua en una cacerola de aluminio de 400 g de masa que contiene 113,2 g de agua a 20 0 C. Luego coloca la cacerola 17. Una l´ampara que consume 54 vatios como se v´e en la figura, fue sumergida en un calor´ımetro transparente que sobre una hornilla que proporciona una flujo de calor de contiene 560 cc. de agua. Durante 3 minutos el agua ele50 cal/s. ¿Despues de cuanto tiempo el sistema llegar´a a o o va su temperatura en 3,6 o C ¿Que parte de la energ´ıa la temperatura de 80 C?.(Cealuminio = 0,217 cal/g C) consumida por la l´ampara se emite por el calor´ımetro al A) 1 min B) 2 min C) 3 min exterior en forma de energ´ıa radiante? D) 4 min E) 5 min 15. En el laboratorio de F´ısica de la E.P. de Cs. F´ısico Matem´aticas de la UNA - Puno, se realiza la siguiente experiencia. Un cuerpo de 50 g empiesa a absorber calor y su calor especifico var´ıa con respecto a la temperatura seg´ un la gr´afica adjunta. Entre 10 o C y 40 o C ¿Cuanto calor absorbi´o?

A) B) C) D) E)

15,5 % 12,15 % 13,50 % 12,25 % 13,18 %

´ TERMODINAMICA 18. Determine la veracidad (V ) o falcedad (F ) de cada una de las siguientes proposiciones. i. Un gas est´a formado por part´ıculas llamadas mol´eculas. ii. La colisi´on entre las mol´eculas y las paredes del envase son colisiones perfectamente inelasticas. iii. El estado de un gas cualquiera o una mezcla de gases est´a determinado por su temperatura, su presi´on y su volumen.

A) 0,3 D) 0,6

B) 0,4

C) 0,5 E) 0,7

iv. Es un proceso termodin´ amico importante en el cual al cambiar, el sistema de estado de equilibrio no in- 23. Una muestra de un gas ideal es sometido a un proceso tercambia calor con el ambiente. Es llamado proceisob´arico. El gr´afico que mejor representa la variaci´ on de so isocoro. la densidad ρ del gas con respecto a la temperatura T , es: v. La mayoria de los procesos en la naturaleza son irreversibles. A) V V V V V D) V F V V V

B) F F V V V

C) V F V F V E) V F V F F

19. Un cilindro con ´embolo m´ ovil contine 3 litros de un gas ideal a una presi´on de 2 atm. El gas es calentado de manera que se expande a presi´ on constante hasta que su volumen sea de 5 litros. Calcule el trabajo, en J, realizado por el gas. (1 atm. = 101,3 kP a) A) 101,3 D) 405,2

B) 202,6

C) 303,9 E) 506,5

20. Un gas ideal ocupa un cierto volumen a la presi´on de 1 atm. y 20 o C de temperatura. Calcule la presi´on de este gas, en atm. cuando su temperatura sea de 100 o C y 24. Un cilindro de 2 litros de volumen est´a dividido en dos su volumen se haya reducido a la mitad del que ten´ıa partes por una pared m´ovil muy fina, (ver fig.) El lado izinicialmente. quierdo del cilindro contiene 1 mol de un gas ideal, el otro lado contiene 2 moles del mismo gas. El conjunto esta a la A) 1,27 B) 2,54 C) 3,81 temperatura de 300 o K. ¿Cual es la presi´ on, en atmosfeD) 5,09 E) 6,36 ras, en ambos lados en el equilibrio? (R = 8,31 J/mol o K o y 1 atm = 1 × 105 P a). 21. 15 kg de nitrogeno a 27 C son comprimidos adiab´aticamente hasta 127 o C. Determinar la variacion de la energ´ıa interna y dar la respuesta en kcal. (considere el proceso reversible, masa molecular del N2 es = 28 g/mol y R = 1, 98 cal/mol o K). A) −265,32 D) 425,12

B) −255,25

C) 255,25 E) 265,32

22. Un gas ideal experimenta el proceso termodin´amico c´ıclico ABCA mostrado en la fig. Determine el calor total, en J, a˜ nadido durante el ciclo.

A) 17,4 D) 47,4

B) 27,4

C) 37,4 E) 57,4

25. Una m´aquina t´ermica absorbe 1000 cal a 127 o C y ex- 29. ¿Cual de las siguientes proposiciones no es cierta?. pulsa calor a 27 o C. Calcular la eficiencia de la m´aquina A) El Primer pricipio de la termodin´amica es el print´ermica, el trabajo neto conseguido y el calor rechazado. cipio de la conservaci´on de la energ´ıa. (Considere la maquina reversible) A) B) C) D) E)

15 % 25 % 25 % 25 % 10 %

; ; ; ; ;

350 cal 150 cal 250 cal 150 cal 200 cal

; ; ; ; ;

B) Siempre se puede convertir totalmente la energ´ıa t´ermica en trabajo mec´anico.

550 cal 850 cal 750 cal 950 cal 500 cal

C) El rendimiento de una m´aquina t´ermica nunca puede ser igual a la unidad. D) Los refrigeradores basan su funcionamiento en la evaporaci´on de un l´ıquido.

26. Una maquina refrigerante absorve calor a 7 o C y expulsa calor a 37 o C. Determine el performance ideal de la m´aquina, si ´esta es reversible. A) B) C) D) E)

E) Un proceso isot´ermico tiene lugar sin cambio de temperatura.

30. Dos m´aquinas t´ermicas reversibles trabajan usando las mismas fuentes de temperatura, donde una de ellas trabaja en serie, como se ve en la figura. ¿En que relaci´ on se encuentran sus eficiencias t´ermicas?

7, 3 6,3 4,3 5,33 9,33

27. Un gas ideal realiza un ciclo de Carnot. La expansi´on isot´ermica ocurre a 250 o C y la compresi´ on isot´ermica tiene lugar a 50 o C. Si el gas absorve 1200 J de calor durante la expansi´on isot´ermica, entonces el trabajo neto en Joules, realizado por el gas en cada ciclo es: A) 355 D) 450

B) 250

C) 320 E) 459

A) η1 > η2 D) η1 = 2η2

B) η1 < η2

C) η1 = η2 E) η1 < 2η2

28. La figura muestra diagrama P − V de 3 procesos isot´ermicos y 3 procesos adiab´ aticos de un cierto sistema termodin´amico. Se sabe que la eficiencia de los ciclos DESAFIO de Carnot ABCDA y EF GBE son 0,25 y 0,2 respectivamente. Calcule la eficiencia del ciclo de Carnot HF IDH. 31. La figura muestra los procesos c´ıclicos ABCDA y DCEF D que son realizados por un gas ideal mono3 at´omico (CV = nR). El gas realiza el ciclo ABCDA 2 y DCEF D con eficiencias η1 y η2 respectivamente. Encuentre η2 /η1 .

A) 0,1 D) 0,4

B) 0,2

C) 0,3 E) 0,5

A) 11/16 D) 14/16

B) 12/16

C) 13/16 E) 15/16