David Altamirano Tarea 4

Temperatura David Altamirano Jara Física Instituto IACC 05/ Junio/ 2017

Desarrollo Instrucciones: Resuelva los siguientes ejercicios, incluyendo su desarrollo. 

Ejercicio 1:

Escriba en grados Kelvin las siguientes temperaturas. (La fórmula que utilizaremos para este cálculo es la siguiente, Grados Kelvin = Grados Celsius + 273,15 ° a) T = 1458° (C) Grados Kelvin = 1458° + 273,15 Grados Kelvin = 1731,15 K b) T = -177° (C) Grados Kelvin = -177° + 273,15 Grados Kelvin = 96,15 K c) T = 0° (C) Grados Kelvin = 0° + 273,15 Grados Kelvin = 273,15 K d) T = 50° (C) Grados Kelvin = 50° + 273,15 Grados Kelvin = 323,15 K 

Ejercicio 2:

Un estanque, sellado de agua, se encuentra a 211° (K). Determine el estado del agua (vapor, líquido o hielo). Justifique su respuesta. Lo primero que debemos hacer es determinar los grados Celsius que presenta el estanque. Grados Celsius = 211K – 273,15° Grados Celsius = -62,15° El agua del estanque se encuentra en estado de hielo debido a que el agua cambia de su estado líquido a solido (en este caso en forma de hielo) por debajo de los 0,0°C, y en el ejercicio trabajado el estanque se encuentra bajo los 0,0°C. Por lo cual el agua se encuentra congelada.



Ejercicio 3:

En el invierno, cuando la temperatura alcanza los -6 grados (Ti = -6°), un puente en hierro tiene un largo de 1.2 kilómetros (1200 m).Determine qué largo alcanza en el verano cuando la temperatura es de 40 grados. (Tf = 40°C). Primero debemos señalar que el coeficiente de dilatación del hierro es de 1,2 x 10-5°C-1. α = 1,2 X 10-5°C-1 Con esto se puede plantear la ecuación para la dilatación. Esto es: (Lf – Li) = Li * (Tf – Ti) * α (Lf – 1,2m) = 1,2m * (40°C – 6°C) * 1,2 X 10-5°C-1 (Lf – 1,2m) = 1.2m * (34°C) * 1,2 X 10-5°C-1 (Lf – 1,2m) = 1.2m * (34°C) * 0.000012 (Lf – 1,2m) = 40.8* 0.000012 (Lf – 1,2m) = 0.0004 m Lf = 0.0004 m + 1.2 m Lf = 1204m El puente de hierro en verano a una temperatura de 40 grados alcanza un largo total de 2004 metros. 

Ejercicio 4:

Una barra de cobre tiene un largo de 3.2m, y se encuentra a una temperatura de 524°C. Repentinamente, para enfriarla, es introducida a un estanque de agua que se encuentra a temperatura ambiente 16°C. Y se mantiene ahí hasta que la barra alcanza la temperatura del agua. Determine cuál es el largo final de la barra. Primero debemos señalar que el coeficiente de dilatación del cobre es de 1,7 x 10-5°C-1. α = 1,7 X 10-5°C-1 Con esto se puede plantear la ecuación para la dilatación. Esto es: (Lf – Li) = Li * (Tf – Ti) * α (Lf – 3,2m) = 3,2m * (16°C – 524°C) * 1,7 X 10-5°C-1 (Lf – 3,2m) = 3,2m * (-508°C) * 1,7 X 10-5°C-1 (Lf – 3,2m) = -1625.6°C * 1,7 X 10-5°C-1 (Lf – 3,2m) = -1625.6°C * 0.000017°C-1 (Lf – 3,2m) = -0.027 Lf = -0.027 + 3.2 Lf = 3173m El largo final de la barra de cobre al estar sometida a una temperatura de 16° C es de 3173 metros



Ejercicio 5:

Una cámara cerrada con volumen fijo de 0.68 m3, se encuentra llena de nitrógeno (gas ideal). Considerando que su temperatura y presión son de T = 19°C y P = 110000 (Pa) respectivamente, determine el número total de partículas dentro de la cámara. Para desarrollar el problema planteado utilizamos la siguiente Ecuación: P*V = n*kB * T 110000 (Pa) * 0.68 (m3) = n * 1.38 * 10-23 (J/K) * (19 + 273.15) 74800 = n * 4.03167 * 10-21 1.8553 * 1025 = n n = es el número de partículas que constituye el gas. 

Ejercicio 6:

Para la cámara del ejercicio 5, determine cuál sería el valor de la presión al interior si aumentamos su temperatura a los 400° [C]. Ti = 19° + 273.15° = 292.15 K Tf = 400°C + 273.15° = 673.15 K Pi∗V i P f∗V f = Ti Tf Patm∗0.68 m3 292.15 K

=

Patm∗0.68 m3 292.15 K

=

Vf =

Patm∗V f 673.15 K Patm∗V f 673.15 K

0.68 m3∗673.15 k 292.15 K Vf = 1.56 m3



Ejercicio 7:

Una cámara, como la de la figura, contiene un gas ideal, el que inicialmente está a presión y temperatura ambiente (presión atmosférica y temperatura T = 20°C). El volumen que ocupa el gas es de 0.68 m3, y por medio de un pistón, es disminuido lentamente hasta llegar a los 0.52 m3 tal como se muestra en la figura. El proceso se hace muy lentamente de tal forma que la temperatura del gas todo el tiempo es la temperatura ambiente inicial. Determine cuál es la presión al interior del gas al final del proceso. Ti = Tf = 20°C + 273.15° = 293.15 K

101325 (Pa)∗0.68 m3 293.15 K Pf = 

=

P f 0.52 m3 293.15 K

101325 (Pa)∗0.68 m3∗293.15 K Pf =132.501,92 Pa 293.15 K∗0. .52 m3

Ejercicio 8:

Nombre 4 aplicaciones de dilatación térmica en la industria y explique físicamente que ocurre en dicha aplicación. 1- En las mineras tenemos diversas situaciones en donde se aplica la dilatación térmica una de ellas en el montaje de los trunnión de los molinos de bolas donde se aplica calor a la parte donde va montado el trunnión que es en la parte inicial del molino donde la diferencia de medidas entre el molino y el trunnión es de centésimas se aplica calor para que el molino de dilate lo más posible antes de montar el trunnión. 2- En toda estructura metálica tenemos presente el fenómeno de dilatación térmica en donde las estructuras durante el día estando expuestas a la temperatura ambiente calor que genera el sol produce que las estructuras se dilaten y aumenten sus tamaños. 3- En los asfaltos de las carreteras tenemos presente la dilatación térmica debido a la temperatura que están expuesto diariamente estos se comienzan a quebrajar por el mismo fenómeno de incremento de su tamaño este fenómeno ocurre debido a que todos los cuerpos esta compuestos de partículas al están expuestos a altas temperaturas estas partículas se mueven más rápido es por eso que el cuerpo se dilata para generar más espacio, es por lo mismo que todos las calles tienen sus divisiones para dividir los cuerpos no tener todas esas partículas en un solo cuerpo lo que genera un mayor daño. 4- Dilatación en las vías del tren: estas están formadas por un mecanismo, por dos barras de acero que son deslizadas una sobre otra. Su objetivo es poder lograr de compensar las posibles dilataciones que se producen en los carriles ante cambios considerables de temperatura.

Bibliografía 

Contenido de la semana.