CALOR 01. Determine la veracidad (V ) o falcedad (F ) de cada una de las siguientes proposiciones. i. La temperatura de un sistema es una propiedad que determina si un sistema est´ a en equilibrio o no con otro sistema. ii. La densidad del agua a 4 o C es m´ axima, = 1 g/cm 3 iii. La cantidad de calor que sale de un cuerpo en con- tacto con otro, es igual a la cantidad de calor que entra en el otro. iv. La relaci´ on siguiente: 1 cal =4,18 J y1 BTU = 778 libra pie. es conocida como el Equivalente Me- canico de Calor. v. Los cambios de estado de los materiales son conoci- dos como: s´ olido, liquido, gaseoso, plasma y CBE. A) VVVVV B) FFVVV C) VFVFV D) VFVVV E) VFFVF 02. El coeficiente de dilataci´ on lineal de un metal es 0, 000015 o C -1 . Si una barra de dicho metal se calienta en 100 o C , ¿en qu´ e porcentaje aumenta su longitud?: A) 0,30 % B) 0,15 % C) 0,10 % D) 0,25 % E) 0,05 % 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 com´ un tendr´ an nuevamente sus ´ areas iguales?(α lat ´ on = 19 × 10 -6 o C -1 ; α acero = 11 × 10 -6 o C -1 ) . A) 278,5 o K B) 269,25 o K C) -3,75 o K D) -269,5 o C E) 3,75 o C 04. Una varilla de peso despresiable se encuentra en equili- brio, empotrado y soldado a una pared vertical met´ alica (ver fig.). Un resorte sin estirar se coloca entre el blo- que de 100 kg de masa y la varilla. ¿Cual es el menor incremento de temperatura que debe experimentar la va- rilla, para que el bloque y la varilla no caigan.(μ =0,1 ; α varilla =1,0 × 10 -50 C -1 ; k = 10000 N/m, desprecie las dilataciones del bloque y resorte). A) 10 5 o C B) 10 4 o C C) 10 3 o C D) 10 6 o C E) 10 7 o C 05. ¿Qu´ e fracci´ on del volumen de un dep´ osito de vi- drio a 0 o C debe ser llenado con mercurio a 0 o C pa- ra que el volumen de la parte vacia permanezca cons- tante cuando el conjunto es sometido a cualquier cam- bio de temperatura?(α dep´ osito = 25 × 10 -6 o C -1 ; β Hg = 18 × 10 -5 o C -1 ) A) 5/12 B) 7/5 C) 5/7 D) 12/5 E) 13/7 06. Se desea colocar un anillo de 2 cm de radio interno so- 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 deber´ a calentar para que ingrese justo sobre el tubo?. El coeficiente de dilataci´ on superficial del material del cual est´ a hecho el anilllo es 0, 002 o C -1 A) 85,25 B) 50,5 C) 35,5 D) 76,25 E) 56,5 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 mercurio guardan la siguiente relaci´ on: α Hg =3α m = α. Hallar el m´ aximo incremento de temperatura que debe sufrir el conjunto, para que no se derrame ni una gota de mercurio. A) 1,5α -1 B) 2,5α -1 C) α -1 D) 3α -1 E) 3,5α -1 08. Se tiene una esfera hueca de radio R y espesor despre- ciable, en su interior se halla otra esfera de radio r. En que relaci´ on se encuentran sus radios R/r para que el vo- lumen de la parte intermedia no var´ ıe al incrementar la temperatura. (α r =8α R ). r R A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 09. Cu´ al es el cambio de temperatura que ha ocacionado un 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) 7 o C B) 5 o C C) 9 o C D) 1,5 o C E) 10 o C
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CALOR
01. Determine la veracidad (V ) o falcedad (F ) de cada unade las siguientes proposiciones.
i. La temperatura de un sistema es una propiedad quedetermina si un sistema esta en equilibrio o no conotro sistema.
ii. La densidad del agua a 4 oC es maxima, = 1 g/cm3
iii. La cantidad de calor que sale de un cuerpo en con-tacto con otro, es igual a la cantidad de calor queentra en el otro.
iv. La relacion siguiente: 1 cal = 4,18 J y 1BTU =778 libra pie. es conocida como el Equivalente Me-canico de Calor.
v. Los cambios de estado de los materiales son conoci-dos como: solido, liquido, gaseoso, plasma y CBE.
A) V V V V V B) FFV V V C) V FV FVD) V FV V V E) V FFV F
02. El coeficiente de dilatacion lineal de un metal es0, 000015 oC−1. Si una barra de dicho metal se calientaen 100 oC, ¿en que porcentaje aumenta su longitud?:
A) 0,30 % B) 0,15 % C) 0,10 %D) 0,25 % E) 0,05 %
03. Dos laminas de laton y acero tienen superficies igualesa 10 oC y 20 oC, respectivamente. ¿A que temperaturacomun tendran nuevamente sus areas iguales?(αlaton =19 × 10−6 oC−1 ; αacero = 11 × 10−6 oC−1)
.A) 278,5 oK B) 269,25 oK C) −3,75 oKD) −269,5 oC E) 3,75 oC
04. Una varilla de peso despresiable se encuentra en equili-brio, empotrado y soldado a una pared vertical metalica(ver fig.). Un resorte sin estirar se coloca entre el blo-que de 100 kg de masa y la varilla. ¿Cual es el menorincremento de temperatura que debe experimentar la va-rilla, para que el bloque y la varilla no caigan.(µ = 0,1; αvarilla = 1,0 × 10−5 0C−1 ; k = 10000N/m, desprecielas dilataciones del bloque y resorte).
A) 105 oC B) 104 oC C) 103 oCD) 106 oC E) 107 oC
05. ¿Que fraccion del volumen de un deposito de vi-drio a 0 oC debe ser llenado con mercurio a 0 oC pa-ra que el volumen de la parte vacia permanezca cons-tante cuando el conjunto es sometido a cualquier cam-bio de temperatura?(αdeposito = 25 × 10−6 oC−1 ; βHg =18 × 10−5 oC−1 )
A) 5/12 B) 7/5 C) 5/7D) 12/5 E) 13/7
06. Se desea colocar un anillo de 2 cm de radio interno so-bre un tubo de 2,1 cm de radio externo, si inicialmente elanillo esta a 25 oC, ¿hasta que temperatura, en oC, se ledebera calentar para que ingrese justo sobre el tubo?. Elcoeficiente de dilatacion superficial del material del cualesta hecho el anilllo es 0, 002 oC−1
A) 85,25 B) 50,5 C) 35,5D) 76,25 E) 56,5
07. ¿Se tiene un recipiente que contiene mercurio hastala mitad de su volumen. El recipiente esta formado porun material cuyo coeficiente de dilatacion lineal y la delmercurio guardan la siguiente relacion: αHg = 3αm = α.Hallar el maximo incremento de temperatura que debesufrir el conjunto, para que no se derrame ni una gota demercurio.
A) 1,5α−1 B) 2,5α−1 C) α−1
D) 3α−1 E) 3,5α−1
08. Se tiene una esfera hueca de radio R y espesor despre-ciable, en su interior se halla otra esfera de radio r. Enque relacion se encuentran sus radios R/r para que el vo-lumen de la parte intermedia no varıe al incrementar latemperatura. (αr = 8αR).
r
RA) 1B) 2C) 3D) 4E) 5
09. Cual es el cambio de temperatura que ha ocacionado unaumento de 0,3 cm de longitud en una varilla, si se sabeque al aumentar su temperatura en 15 oC adicionales seobtiene una dilatacion total de 0,8 cm.
A) 7 oC B) 5 oC C) 9 oCD) 1,5 oC E) 10 oC
10. Un estudiante del crepreuna mezcla dos cantidades deun mismo fluido que estan a diferentes temperaturas. Lamasa y la temperatura en grados Celsius de uno de elloses el triple del fluido mas frıo, respectivamente. La tem-peratura inicial del fluido es 20 oC. Hallar la temperaturade equilibrio de la mezcla.
A) 20 oC B) 30 oC C) 50 oCD) 40 oC E) 60 oC
11. Una bala moviendoce con una velocidad de 400m/schoca con una pared y penetra en ella. Suponiendo queel 10 % de la energıa cinetica de la bala se convierta enenergia termica en la bala, calentandola, calcular el in-cremento de su temperatura. Calor especifico de la bala:Cebala = 100 J/kg oC
A) 60 oC B) 30 oC C) 50 oCD) 80 oC E) 70 oC
12. Un cubo de hielo de 50 g de masa y cuya temperaturaes −10 oC es colocado al agua de las orillas del lago Ti-ticaca, en horas de la manana la cual se encuentra a 0 oC.¿Que cantidad de agua se solidificara?.
A) 1,15 g B) 7,25 g C) 3,125 gD) 5,125 g E) 0,5 g
13. Se proporciona 4,56 kcal a un trozo de hielo de 40 g demasa que se encuentra a −18 oC. Se desea averiguar enque face a que temperatura quedara el agua al terminode la transferencia de calor. (Cehielo = 0,5 cal/goC)
A) El agua queda en face liquida y a 18 oCB) El agua queda en face liquida y a 38 oCC) El agua queda en face liquida y a 25 oCD) El agua queda en face liquida y a 20 oCE) El agua queda en face de evaporacion y a 100 oC
14. Un estudiante de la UNA - Puno desea calentar aguaen una cacerola de aluminio de 400 g de masa que con-tiene 113,2 g de agua a 20 0C. Luego coloca la cacerolasobre una hornilla que proporciona una flujo de calor de50 cal/s. ¿Despues de cuanto tiempo el sistema llegara ala temperatura de 80 oC?.(Cealuminio = 0,217 cal/goC)
A) 1min B) 2min C) 3minD) 4min E) 5min
15. En el laboratorio de Fısica de la E.P. de Cs. FısicoMatematicas de la UNA - Puno, se realiza la siguienteexperiencia. Un cuerpo de 50 g empiesa a absorber calory su calor especifico varıa con respecto a la temperaturasegun la grafica adjunta. Entre 10 oC y 40 oC ¿Cuantocalor absorbio?
A) 675 cal B) 565 cal C) 655 calD) 204 cal E) 625 cal
16. En el laboratorio de Fısica de la E.P. de Cs. Fısico Ma-tematicas de la UNA - Puno, Un docente en el curso deFısica II realiza la siguiente experiencia con sus estudian-tes. Se calienta dos cuerpos A y B de masas 120 g y 380 grepectivamente, obteniendoce un comportamiento parasu temperatura en funcion al calor que absorben como semuestra en la grafica adjunta. Encuentre la relacion entresus calores especıficos.
A) 5 B) 4 C) 3D) 2 E) 1
17. Una lampara que consume 54 vatios como se ve en lafigura, fue sumergida en un calorımetro transparente quecontiene 560 cc. de agua. Durante 3 minutos el agua ele-va su temperatura en 3,6 oC ¿Que parte de la energıaconsumida por la lampara se emite por el calorımetro alexterior en forma de energıa radiante?
A) 15,5 %B) 12,15 %C) 13,50 %D) 12,25 %E) 13,18 %
TERMODINAMICA
18. Determine la veracidad (V ) o falcedad (F ) de cada unade las siguientes proposiciones.
i. Un gas esta formado por partıculas llamadasmoleculas.
ii. La colision entre las moleculas y las paredes del en-vase son colisiones perfectamente inelasticas.
iii. El estado de un gas cualquiera o una mezcla de ga-ses esta determinado por su temperatura, su presiony su volumen.
iv. Es un proceso termodinamico importante en el cualal cambiar, el sistema de estado de equilibrio no in-tercambia calor con el ambiente. Es llamado proce-so isocoro.
v. La mayoria de los procesos en la naturaleza sonirreversibles.
A) V V V V V B) FFV V V C) V FV FVD) V FV V V E) V FV FF
19. Un cilindro con embolo movil contine 3 litros de ungas ideal a una presion de 2 atm. El gas es calentado demanera que se expande a presion constante hasta que suvolumen sea de 5 litros. Calcule el trabajo, en J , realizadopor el gas. (1 atm. = 101,3 kPa)
A) 101,3 B) 202,6 C) 303,9D) 405,2 E) 506,5
20. Un gas ideal ocupa un cierto volumen a la presion de1 atm. y 20 oC de temperatura. Calcule la presion de es-te gas, en atm. cuando su temperatura sea de 100 oC ysu volumen se haya reducido a la mitad del que tenıainicialmente.
A) 1,27 B) 2,54 C) 3,81D) 5,09 E) 6,36
21. 15 kg de nitrogeno a 27 oC son comprimidos adiabatica-mente hasta 127 oC. Determinar la variacion de la energıainterna y dar la respuesta en kcal. (considere el proce-so reversible, masa molecular del N2 es = 28 g/mol yR = 1, 98 cal/mol oK).
A) −265,32 B) −255,25 C) 255,25D) 425,12 E) 265,32
22. Un gas ideal experimenta el proceso termodinamicocıclico ABCA mostrado en la fig. Determine el calor to-tal, en J , anadido durante el ciclo.
A) 0,3 B) 0,4 C) 0,5D) 0,6 E) 0,7
23. Una muestra de un gas ideal es sometido a un procesoisobarico. El grafico que mejor representa la variacion dela densidad ρ del gas con respecto a la temperatura T ,es:
24. Un cilindro de 2 litros de volumen esta dividido en dospartes por una pared movil muy fina, (ver fig.) El lado iz-quierdo del cilindro contiene 1mol de un gas ideal, el otrolado contiene 2moles del mismo gas. El conjunto esta a latemperatura de 300 oK. ¿Cual es la presion, en atmosfe-ras, en ambos lados en el equilibrio? (R = 8,31 J/mol oKy 1 atm = 1 × 105 Pa).
A) 17,4 B) 27,4 C) 37,4D) 47,4 E) 57,4
25. Una maquina termica absorbe 1000 cal a 127 oC y ex-pulsa calor a 27 oC. Calcular la eficiencia de la maquinatermica, el trabajo neto conseguido y el calor rechazado.(Considere la maquina reversible)
A) 15 % ; 350 cal ; 550 calB) 25 % ; 150 cal ; 850 calC) 25 % ; 250 cal ; 750 calD) 25 % ; 150 cal ; 950 calE) 10 % ; 200 cal ; 500 cal
26. Una maquina refrigerante absorve calor a 7 oC y ex-pulsa calor a 37 oC. Determine el performance ideal de lamaquina, si esta es reversible.
A) 7, 3B) 6,3C) 4,3D) 5,33E) 9,33
27. Un gas ideal realiza un ciclo de Carnot. La expansionisotermica ocurre a 250 oC y la compresion isotermicatiene lugar a 50 oC. Si el gas absorve 1200 J de calor du-rante la expansion isotermica, entonces el trabajo neto enJoules, realizado por el gas en cada ciclo es:
A) 355 B) 250 C) 320D) 450 E) 459
28. La figura muestra diagrama P − V de 3 procesosisotermicos y 3 procesos adiabaticos de un cierto siste-ma termodinamico. Se sabe que la eficiencia de los ciclosde Carnot ABCDA y EFGBE son 0,25 y 0,2 respectiva-mente. Calcule la eficiencia del ciclo de Carnot HFIDH.
A) 0,1 B) 0,2 C) 0,3D) 0,4 E) 0,5
29. ¿Cual de las siguientes proposiciones no es cierta?.
A) El Primer pricipio de la termodinamica es el prin-cipio de la conservacion de la energıa.
B) Siempre se puede convertir totalmente la energıatermica en trabajo mecanico.
C) El rendimiento de una maquina termica nunca pue-de ser igual a la unidad.
D) Los refrigeradores basan su funcionamiento en laevaporacion de un lıquido.
E) Un proceso isotermico tiene lugar sin cambio detemperatura.
30. Dos maquinas termicas reversibles trabajan usando lasmismas fuentes de temperatura, donde una de ellas tra-baja en serie, como se ve en la figura. ¿En que relacionse encuentran sus eficiencias termicas?
A) η1 > η2 B) η1 < η2 C) η1 = η2
D) η1 = 2η2 E) η1 < 2η2
DESAFIO
31. La figura muestra los procesos cıclicos ABCDA yDCEFD que son realizados por un gas ideal mono-
atomico (CV =3
2nR). El gas realiza el ciclo ABCDA
y DCEFD con eficiencias η1 y η2 respectivamente. En-cuentre η2/η1.
