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PRESENTADO POR: CELENIA HUANCA QUISPE 23. Un gas ideal se encierra en un cilindro con un pistón móvil encima de él. El pistón tiene una masa de 8000 g y un área de 5.00cm 2 y tiene libertad de deslizarse hacia arriba y hacia abao! lo "ue mantiene constante la presión de gas. #$uánto trabao se consume en el gas a medida "ue la temperatura de 0.200 moles de gas se eleva de 20!00c a %000c&
W = PΔV
W =− P
( )
nR ( Tf −Ti ) P
W =−nRΔT
W =−( 0.200 ) ( 8.314 ) ( 280 ) W =−466 J
24. Un gas ideal se encierra en un cilindro "ue tiene un pistón móvil móvil encima de él. El pistón tiene una masa m y área A área A y y tiene libertad de deslizarse hacia arriba y hacia abao! lo "ue mantiene constante la presión del gas. #$uánto trabao se consumió en el gas a medida "ue la temperatura de n moles del gas se eleva de '( a '2& f
∫
W =− PdV =− P i
f
∫ dV =− P ∆ V =−nR∆T i
¿− nR ( T 2 −T 1 )
•
El signo negativo para el trabao en la muestra indica "ue el gas en e)pansión hace un trabao positivo. *a cantidad de trabao es directamente proporcional a la cantidad de gas y al cambio de temperatura.
55. Problema Problema de repao repao.. resulta "ue un meteorito de +,0 -g está compuesto de aluminio. $uando está leos de la tierra! su temperatura es de (50$ y se mueve con una rapidez de (/.0 -ms en relación con el planeta. 1ientras choca con la tierra! suponga "ue la energa interna adicional resultante se comparte igualmente entre el meteoro y el planeta y "ue todo el material del meteoro tiene una elevación momentánea similar a la temperatura 3inal. Encuentre esta temperatura. 4uponga "ue el calor especi3ico del l"uido y el aluminio gaseoso es ((,0 -g 0$.
La p!rd"da de e#er$%a me&'#"&a e: 1 2
2
m v i+
GMem
ℜ
s 4
1.4 × 10 m / ¿
¿ ¿
¿
1 670 kg ¿ 2
¿ 6.57 × 1010 J + 4.20 × 1010 J ¿ 1.08 × 1011 J
U#a m"(ad e &o#)"er(e e# e#er$%a "#(er#a e*(ra e# el al+m"#"o: 10
∆ E =5.38 × 10 J
Ele)ar la (empera(+ra ,a(a el p+#(o de -+"# re/+"ere e#er$%a. e#er$%a. mc∆T =670 kg 900
J 0
kg C
(660 −(−15 C ) )= 4.07 × 10 0
8
J
L+e$o derre("rlo. 5
8
mL= 670 kg 3.97 × 10 J / kg = 2.66 × 10 J
Para ele)ar ,a(a el p+#(o de eb+ll"&"#. m c ∆ T = 670 ( 1170 ) ( 2450 −660 ) J =1.40 × 10 J 9
L+e$o ,er)"rlo. 7
9
mL= 670 kg 1.14 × 10 J / kg= 7.64 × 10 J
E#(o#&e. 5.38 × 10 J =9.71 × 10 J + 670 ( 1170 ) ( Tf −2450 C ) J C 10
9
40
Tf =5.87 × 10 C
0
0
EJERCICIOS DE FISICA: JUAN ASCENCIO PACHO 4. El láser Nova en el Lawrence Livermore National Laboratory en california se usó en los primeros estudios de inicio de fusión nuclear controlada. Entregaba una potencia de 13
1.60 10
! durante u intervalo de tiempo de ".#0 ns. Epli$ue cómo se compara
esta salida de energ%a en tal intervalo de tiempo con la energ%a re$uerida para &acer una 'arra de t( calentando 0.)00 *g de agua de "0 +, a 100 +, 'he laser energy output6
P∆t = ((.+0 × (0(% s)2.50 × (0 7 s = /.00 × (0/ −
The teakettle input: 5
Q = mc∆T = 0.800 -g(/ (8+ -g ⋅ $)80$ = 2.+8 × (0
*a entrada de energa al agua es +!,0 veces mayor "ue la salida láser de /0 -.
1-.n blo$ue de cobre de1 *g a "0 +, se de'a caer en gran recipiente de nitrógeno l%$uido a --./ ,uántos *ilogramos de nitrógeno &ierven para cuando el cobre alcan2a --./ 3 El calor especi5co del cobre es 0.0" cal7g. +,. El calor latente de vapori2ación del nitrógeno es 4).0 cal7g8 Q = m,u c,u ∆T = mN ( Lvap )
(.00 -g(0.072 0 cal g ⋅ $)(27% − ,,.%)$ = m (/8.0 cal g) m =
0./(/ -g
6/.La sección de pasa'eros de una aeronave tiene la tubo cil%ndrico con una longitud de /#.0 m y un radio ".#0 m. 9us paredes están recubiertas con un aislante de 6.00 cm de grueso y tiene una −5
t(rmica de 4.00 10
cal7s. cm. +,. n calentador
mantener la temperatura interior a "#.0+, mientras temperatura eterior es de :/#.0 +,. ;u( potencia al calentador3 dQ 2 π k L ( T a −T b ) = dt ln ( b ❑/❑ a )
forma de un interior de material conductividad debe la de suministrar
−5
dQ 2 π ( 4.00 x 10 ca / s −cm ℃ )( 3500 cm)( 60 ℃ ) = 256 cm dt ) ln ( 250 cm dQ =2.23 x 103 ca / s =9.32 "W dt
Esta es la tasa de p(rdida de energ%a del plano por calor y< en consecuencia< es la velocidad a la $ue se debe suministrar energ%a para mantener una temperatura constante.
/( 9:ran-lin 4acaca 1asco;
*a tasa neta de pérdida de energa de su piel es6 ?@9'/ A'0 ; = 95.+,) (0 8 Bm2 . C /;9(.50 m2;90.700;D9%08 C; /927% C;/ =(25 B 'enga en cuenta "ue las temperaturas deben estar en -elvins. *a pérdida de energa en diez minutos es6
Q = Pnet ∆t = ((25 s)(+00 s)
/
,./8 × (0
En el in3rarroo! la persona brilla más brillante "ue una bombilla de cien vatios. /2 9:ran-lin 4acaca 1asco;
P
)
m
=
σ
AeT /
=
(5.++7 +
×
(0
8
−
Bm
2 =
C
/
)
(
/π +.7+
×
(0
8
2
P
(0.78+)(5 800 C )/ =%.85 × (0
2+
B
4/ 9:ran-lin 4acaca 1asco; El calor "ue sale de la caa durante el da es dado por
>? @
Q= 0.012
(T # −T c ) Q = L
∆ t
W 0.49 m m $C
2
37 $ C −23 $ C 0.045 m
12 %
3600 s 1%
= 7.90 x 10 4 J
El calor perdido por la noche es6 Q= 0.012
W 0.49 m m $C
37 $ C −16 $ C 2
0.045 m
12 %
3600 s 1%
= 1.19 x 10 5 J
El calor total es6 1.19 x 10 5 J + 7.90 x 104 J = 1.98 x 105 J Febe ser suministrado por el cera solidi3icante6 G= m* 5
m=
Q 1.98 x 10 J = =¿ 0.7+/ Cg L 205 x 103 J / "g
*as muestras de ensayo y la super3icie interior del aislamiento se pueden precalentar a %, $ $aa está montada. 4i se hace esto! nada cambia de temperatura durante el perodo de prueba. Entonces las masas de las muestras de prueba y el aislamiento no hacen ninguna di3erencia.
ABECD LL@N,B>@ F@GBFEHI E'ercicios NJ "K /0 y #0 ". Co#"dere el pro&eo &%&l"&o /+e e bo/+e0a e# la -"$+ra. S" Q e #e$a(")o para el pro&eo 1C E "#( e #e$a(")a para el pro&eo CA. C+'le o# lo "$#o de Q 6 E "#( /+e e ao&"a# &o# &ada pro&eo7
/0. U# mol de +# $a "deal real"8a 3999 de (raba0o obre + alrededore a med"da /+e e e*pa#de "o(!rm"&ame#(e ,a(a +#a pre"# -"#al de ; a(m < 25 L de )ol+me#. De(erm"#e a. El volumen inicial
b. La temperatura del gas
#0. E# +# -r"o de d%a de "#)"er#o +(ed &ompra #+e&e (o(ada a +# )e#dedor e# la &alle. =+arda + &amb"o mo#eda de > $ de &obrea ?;2@C e# el bol"llo de + para. S+ bol"llo 2r c l '/c = e>2r 3 l '/3 Taciendo la proporción con radio6
r r c 3
:inalmente obtenemos la respuesta6 (!(7
L!" M#$%&'( )*$$(&!#+( B(,,((& /8 na barra de oro @u8 en contacto t(rmico con una barra de >lata @g8 de la misma longitud y área. n etremo de la barra compuesta se mantiene a )0.0 J, y el etremo opuesto está a /0.0 J,. ,uando la transferencia de energ%a alcan2a un estado estable< ,uál es la temperatura en la nión3 LGM
)0 J,
@u
@g
/0
@islamiento
& Au ≡ & A!
∆T = ' A ∆T Au A! ∆ x Au ∆ x A!
' Au A A!
A Au ≡ A A!
∆Χ ?u = ∆Χ A! ∆Τ Au = 80.0 − T ∆Τ A! =
( T − %0.0)
' Au ( 80.0 − T )
= ' A!
( T − %0.0)
T = 5(.2°(
408 ,alcule el valor F de a8 una ventana fabricada de un solo panel de vidrio plano de 17) de pulgada de grueso y b8 una ventana t(rmica fabricada de dos paneles sencillos cada uno de 17) pulgada de grueso y separadas por un espacio de aire de de pulgada. ,8 En $u( factor se reduce la transferencia de energ%a por calor a trav(s de la ventana< si usa una ventana t(rmica en lugar de la ventana de panel sencillo3 LGM ,.870 +t 2 .° * .h )tu
a8
F?
b8 El vidrio aislante de la mesa debe tener hojas de vidrio de menos de 1/8 Pulgada gruesa. Así que nosotros. Estimar el valor de un es!a"io de aire de #$%&# !ulgadas "omo #$%&#/'.&# ve"es la del es!a"io a(reo m)s grueso. *uego !ara el doble a"ristalamiento.
+t .° * .h +t * h 0.250 = 0.870 + = (.85 .° . (.0( + 0.870 )tu %.50 )tu 2
-.
T 2
c8
Puesto que A +
(.85 0.870
2
= T (
son "onstantes$ el ,lujo de "alor se redu"e !or un ,a"tor de
= 2.08
4-8 @ nuestra distancia del sol< la intensidad de la radiación solar es de 1/-0 !7G ". La temperatura de la Oierra es afectada por el efecto invernadero de la atmósfera< $ue &ace $ue la emisividad del planeta para la Lu2 visible sea mayor $ue su emisividad del planeta para la Lu2 infrarro'a. En comparación< considere un ob'eto esf(rico de radio r sin atmósfera a la misma distancia del sol $ue la Oierra. 9upongo $ue su emisividad es la misma para todo tipo de ondas electromagn(ticas y su temperatura es uniforme sobre su super5cie. Epli$ue por $u( el área proyectada sobre la $ue absorbe lu2 solar es >ir " y el área super5cial sobre la $ue radia es 4pir ".,alcule su temperatura en estado estable. Es frio3 9us cálculos se aplican a 18 La temperatura promedio de la Luna "8 Los astronautas en peligro mortal a bordo de la daPada nave espacial @polo 1/ y /8 la catástrofe global en la tierra si etensos incendios causaran una capa de &oll%n $ue se acumulara a lo largo de la atmósfera superior< de modo $ue la mayor parte de la radiación del sol se absorbiese a&% en lugar de en la super5cie deba'o de la atmósfera. LGM
La esfera de radio F absorbe la lu2 solar sobre el área QF ". 9e irradia sobre el área 4 QF ". Entonces< en constante estado< & in
(
e (%,0/ m
=
2
)
& ,ut
π
2 =
(
e, /π -
2
)T
( /
La emisividad e< el radio F< y Q todos cancelan. >or lo tanto 2 (%,0/ m T = −8 2 / /( 5.+, x(0 0 m . ' )
( /
=
277k
=
+°(
Es fr%o< muy por deba'o de las temperaturas de la &abitación nos pareció cómodo.
E#,'*'* N1,#: *$+*( I,#&# C!' C!*"('(
;9. Una moneda de cobre de %.00gr a 25 .0$ cae 50.0 m al suelo. a;. si se supone "ue el +0V del cambio de energa potencial del sistema moneda tierra participa en el aumento de energa interna de la moneda. Feterminé la temperatura 3inal de la moneda. b; #"ué pasara si& #El resultado depende de la masa moneda e)pli"ue&
D(: T 256C H 50 1
f8 mg&8 ?mcRO
60 ∆ ) = mg%
) = 0.003 ( 10 m / s )( 50.0 m)
) = 60 1.5 s ¿ ) = 0.9 ∆ t
) =C/ ( ∆ t ) ) =Tf −Ti Cv Tf =
Tf =
) + Ti Cv 0.9
0,385
+ 25.0 $ C
Tf =27.29 $C b; *a temperatura 3inal no depende de la masa. 'anto el cambio en la energa potencial! N el calor "ue se re"uerira de una estu3a para producir el cambio de temperatura! son
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