Guía Calor I calor y temperatura

l
a
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s
fe
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P
o
c
i
n
c
é
T
ma
a
r
g
o
r
P
FÍ SIC A
Calor I: calor y temperatura
Nº
Ejercicios PSU
1.
Un recipiente contiene un líquido a temperatura desconocida. Al medir la temperatura del líquido en
MTP las escalas Celsius y kelvin, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
el valor numérico en la escala Celsius es positivo.
el valor numérico en la escala kelvin es positivo.
en la escala Celsius el valor registrado es menor que en la escala kelvin.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo II y III
I, II y III
GUICTC009TC32-A16V1
2.
A nivel del mar, ¿cuál es la temperatura de fusión del hielo en la escala Celsius?
MTP
A)
-460 [ºC]
B)
-273 [ºC]
C)
0 [ºC]
D)
100 [ºC]
E)
273 [ºC]
Cpech
1
FÍSICA
3.
En el noticiero de un canal de televisión se entrega el siguiente informe del tiempo para un día
MTP determinado.
Temperatura mínima : 10 [ºC]
Temperatura máxima : 32 [ºC]
Considerando esta información, ¿cuál es la variación de temperatura que se espera para ese día,
en la escala kelvin?
A)
B)
C)
10 [K]
22 [K]
32 [K]
D) 283 [K]
E) 305 [K]
4.
Si se tiene un líquido desconocido a 0 [°C] y se le aplica calor, entonces el líquido
MC
A)
se dilatará.
B)
se contraerá.
C) mantendrá su volumen.
D) se dilatará o se contraerá, nunca mantendrá su volumen.
E)
se contraerá o mantendrá su volumen, nunca se dilatará.
5.
“Es una magnitud que da cuenta de la mayor o menor agitación de las partículas que constituyen
MC un cuerpo”. La definición anterior corresponde al concepto de
A)
B)
C)
D)
E)
calor.
convección.
temperatura.
dilatación.
contracción.
6.
Al calentar un alambre por un extremo, el calor se propaga a través de él por
MC
A)
convección.
B)
conducción.
C) radiación.
D) convección y radiación.
E)
radiación y conducción.
7.
Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto afirmar que
MC
I) se requiere de una fuente de calor para que se produzca.
II) se produce en un medio material.
III) se produce solo en los fluidos.
A)
B)
C)
2
2
Cpech
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
GUÍA
8.
Tres jóvenes se encuentran sentados junto a una fogata en la playa, frente al mar. El calor que
MC ellos perciben en estas condiciones se transmite, principalmente, por
I)
II)
III)
conducción.
convección.
radiación.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
solo II y III.
9.
La siguiente figura muestra tres termómetros diferentes, en los que se han marcado tres
MC temperaturas distintas.
Celsius
Kelvin
R K
0K
Fahrenheit
100 ºC
212 ºF
0 ºC
T ºF
S ºC
460 ºF
Basándose en la información entregada en la figura, ¿cuáles son los valores de las temperaturas
faltantes R, S y T?
A)
B)
C)
D)
E)
R
273
373
373
373
373
S
273
0
273
32
32
T
0
32
32
0
0
Cpech
3
FÍSICA
10. La dilatación que experimentan los cuerpos sólidos depende de
MC
I) el valor del coeficiente de dilatación lineal del material.
II) la temperatura a la cual se encuentren inicialmente.
III) la variación de temperatura a la cual sean sometidos.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y III.
I, II y III.
11. Respecto a las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y kelvin, es correcto afirmar que
MC
I) para una misma temperatura, el valor numérico en la escala kelvin siempre supera al valor
en la escala Celsius.
II) la temperatura en la escala kelvin nunca es negativa.
III) al aumentar la temperatura de un cuerpo 10 grados en la escala Celsius, aumenta 18 grados
en la escala Fahrenheit.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y III
I, II y III
12. Considerando la teoría cinética molecular, es correcto afirmar que
MC
I) las moléculas de un cuerpo están siempre en movimiento.
II) los aumentos de temperatura en un cuerpo conllevan un aumento en la energía cinética de
sus moléculas.
III) en un cuerpo que se encuentra a 0 °C, la energía cinética de sus moléculas es prácticamente
nula.
A)
B)
C)
D)
E)
4
4
Cpech
Solo I
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
GUÍA
13. La dilatación es un fenómeno térmico, en el cual los cuerpos incrementan su tamaño al aumentar
MC su temperatura. Para un aumento de temperatura definido, el grado de dilatación que experimente
un cuerpo dependerá del tipo de material y del tamaño inicial del cuerpo.
En un experimento se tiene una caja abierta, de 1 [m] x 1 [m] x 1 [m], construida de un determinado
material, y en la cual caben exactamente 27 esferas idénticas entre sí, hechas del mismo material
de la caja, sin que quede espacio para ninguna otra esfera, tal como muestra la figura.
El conjunto (caja y esferas) es puesto en un horno y calentado, de manera que su temperatura
experimenta un incremento de T grados Celsius. Luego, la caja (conteniendo las esferas) es
sacada del horno y sus lados son inmediatamente medidos, encontrándose que ahora tienen
1,2 [m] x 1,2 [m] x 1,2 [m], producto de la dilatación térmica experimentada.
Considerando el aumento registrado en las dimensiones de la caja, ¿cuántas esferas más caben
en ella, cuando es recién sacada del horno?
A)
B)
C)
D)
E)
12,0 esferas
3,6 esferas
1,2 esferas
0,6 esferas
0 esferas
14. Respecto del calor, es correcto afirmar que
MTP
I) se transmite siempre desde un cuerpo de mayor masa a uno de menor masa.
II) fluye de manera espontánea desde un cuerpo hacia otro de menor temperatura.
III) su unidad de medida en el S.I. es el grado kelvin.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo II
Solo III
Solo I y II
Solo II y III
I, II y III
Cpech
5
FÍSICA
15.
MC
Un frasco de vidrio, cuya capacidad volumétrica es 1.000 [cm3], está lleno de mercurio. Si al calentar
100 [°C] el conjunto se derraman 15 [cm3] de mercurio, ¿cuál fue la dilatación que experimentó este
material? (Considere que el coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es 0,18 10–3 [°C]–1)
A)
B)
C)
D)
E)
14 [cm3]
15 [cm3]
16 [cm3]
18 [cm3]
20 [cm3]
16. Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica 6,9 10–5 [ºC]–1 se encuentra contenido en
MC un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación lineal es 2,3 10–5 [ºC]–1. Si el líquido llena
completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [ºC],
es correcto afirmar que el líquido se dilatará
A)
B)
C)
D)
E)
el triple de lo que lo hará el recipiente.
el doble que el recipiente.
lo mismo que el recipiente.
la mitad de lo que se dilatará el recipiente.
la tercera parte de lo que se dilate el recipiente.
17. ¿En cuál(es) de las siguientes situaciones predomina la transmisión de calor por conducción?
MTP
I) Calentar una barra de metal.
II) Soplar y enfriar una taza con café.
III) Derretir un trozo de mantequilla en un recipiente caliente.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo III
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
18. Al verter agua caliente en un vaso de vidrio común este generalmente se rompe, debido a que
MTP la parte interior y exterior poseen diferente temperatura. No obstante, si el recipiente es de vidrio
Pyrex esto no ocurre, pues es un material que resiste cambios bruscos de temperatura. Respecto
a lo anterior, ¿cuál de las siguientes opciones permite explicar correctamente por qué un vaso de
este material no se rompe al verter agua caliente en él?
A)
B)
C)
D)
E)
6
6
Cpech
El vidrio Pyrex es más duro que el vidrio común.
El vidrio Pyrex posee menor coeficiente de dilatación lineal que el vidrio común.
El vidrio Pyrex se contrae al verter agua caliente, en cambio el vidrio común se dilata.
El vidrio Pyrex se dilata en una dirección y se contrae en otra.
El vidrio Pyrex posee un comportamiento anómalo en un cierto rango de temperaturas,
similar al comportamiento del agua.
GUÍA
19. Una persona llenó completamente el estanque de bencina de su auto y lo dejó estacionado al
MC sol. Luego de cierto tiempo se dio cuenta de que, en virtud del aumento de temperatura, cierta
cantidad de bencina se había derramado del estanque. Respecto de esta situación, es correcto
afirmar que
I)
II)
III)
se dilató el estanque de bencina.
la dilatación del combustible fue mayor que la del estanque.
el coeficiente de dilatación volumétrica de la bencina es mayor que el coeficiente de
dilatación volumétrica del estanque.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
20. Una barra bimetálica es una barra fabricada mediante la unión de dos láminas metálicas de
MC distinto material. La barra bimetálica de la figura se encuentra horizontal y anclada al muro en el
extremo A.
Metal 1
Pared
B
A
Metal 2
Si el coeficiente de dilatación lineal del metal 1 es 12 10–5 [ºC]–1, el coeficiente de dilatación
superficial del metal 2 es 15 10–5 [ºC]–1 , y todo el conjunto es sometido a un aumento de
temperatura de 10 [ºC], entonces es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
el metal 2 se expande más que el metal 1.
la barra se curva y el extremo B sube.
la barra se curva y el extremo B baja.
en la barra, los dos metales se expanden la misma cantidad.
la temperatura no afecta a los metales 1 y 2.
Cpech
7
FÍSICA
Tabla de corrección
Ítem
8
8
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Aplicación
2
Reconocimiento
3
Aplicación
4
Comprensión
5
Aplicación
6
Reconocimiento
7
Reconocimiento
8
Comprensión
9
Aplicación
10
Reconocimiento
11
Comprensión
12
Aplicación
13
ASE
14
Aplicación
15
Aplicación
16
ASE
17
Comprensión
18
ASE
19
Comprensión
20
Aplicación
GUÍA
Resumen de contenidos
Calor
Se define como la “energía en tránsito” que fluye natural y espontáneamente desde un cuerpo o
sistema “más caliente” hacia otro “más frío”.
Es una magnitud escalar y se mide en:
S.I.: [joule] = [J]
C.G.S.: [ergio] = [erg]
También se puede expresar en calorías: 1 [caloría] = 4,18[J].
Temperatura
Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un
cuerpo o sistema. Mientras más se muevan (vibren) las partículas de un
cuerpo, mayor será su temperatura.
Es una magnitud escalar y se puede expresar según diferentes escalas termométricas. Las más
usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin.
•
Escala Celsius
Creada en 1742 por el físico y astrónomo sueco Anders Celsius. En esta escala a la temperatura
de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC] y a la temperatura de ebullición del agua se le
asigna el valor 100 [ºC].
•
Escala Fahrenheit
Fahrenheit
Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit (alemán); en esta
escala la temperatura de fusión del hielo corresponde a
32 [ºF], y la temperatura de ebullición del agua corresponde
a 212 [ºF].
212
5
(T
9 F
Temperatura
ebullición del
agua.
100
90
80
70
180
TC =
Celsius
60
50 100
40
30
20
32)
10
32
0
Temperatura
fusión del
hielo.
Cpech
9
FÍSICA
•
Escala kelvin o absoluta
Fahrenheit
Creada en 1848 por el británico William
Thomson (Lord Kelvin). La escala absoluta
incluye la temperatura teórica más baja
posible, el cero absoluto o 0 [K]. En esta escala
la temperatura de fusión del hielo corresponde,
aproximadamente, a 273 [K] y la de ebullición
del agua a 373 [K].
Celsius
212
180
32
TK = TC + 273
Kelvin
100
373
90
80
90
80
70
70
60
50 100
40
60
50 100
40
30
20
30
20
10
10
0
273
273
460
Temperatura
ebullición del
agua.
Temperatura
fusión del
hielo.
0
Cero absoluto
Transmisión del calor
El calor puede transmitirse de tres formas, que dependen del medio por el cual se propague.
•
Conducción
El calor (energía) se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material.
Esta forma de propagación del calor ocurre solo en los sólidos.
•
Convección
Corresponde a la transmisión del calor en los fluidos (líquidos y gases) por medio de corrientes
cálidas ascendentes y frías descendentes.
•
Radiación
El calor puede viajar grandes distancias a través del vacío; en este caso la energía se transmite
por medio de ondas electromagnéticas.
Dilatación y contracción de materiales
•
Dilatación lineal
La dilatación o contracción afecta solo la longitud del
cuerpo (las otras dos dimensiones son despreciables
respecto de la primera).
10
10
Cpech
Por ejemplo: un alambre.
Li
L
L = Li
T
GUÍA
•
Por ejemplo: una lámina delgada de metal.
Dilatación superficial
S
La dilatación o contracción afecta el área o
superficie del cuerpo (el objeto posee solo
dos dimensiones importantes y una tercera
despreciable respecto de las otras dos).
S = Si
=2
Si
T
Por ejemplo: un cubo de metal.
•
Dilatación volumétrica
V
La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo
(cada una de las dimensiones del objeto es importante
respecto de las demás).
Vi
V = Vi
=3
T
El agua, una excepción
En general, los materiales se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo,
cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga
disminuyendo.
Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a contraerse, al contrario
de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC].
Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC].
Volumen v/s temperatura
Densidad v/s temperatura
1,0000
1,0014
1,0012
Densidad (g/cm3)
Volumen cm3
específico g
( )
1,0016
1,0010
1,0008
1,0006
1,0004
1,0002
0,9999
0,9998
0,9997
1,0000
0
4
8
12 16
Temperatura (ºC)
20
0
2
4
6
8
10
12
Temperatura (ºC)
Cpech
11
FÍSICA
bA
c
Glosario
Fluir: Dicho de un líquido o de un
Magnitud: Cualquier propiedad
.
gas; que circula de un punto a otro
física que puede ser medida.
número y una unidad de medida.
da completamente definida por un
que
que
d
nitu
Mag
:
alar
esc
d
Magnitu
as), la longitud (3 metros), etc.
grados Celsius), el tiempo (2 hor
Por ejemplo, la temperatura (30
s despreciables, pero que posee
de dimensione
Partícula: Cuerpo muy pequeño,
una masa definida.
nto.
ee un cuerpo debido a su movimie
Energía cinética: Energía que pos
vir.
Ebullición: Acción y efecto de her
Medio (físico): Espacio físico en
rminado.
que se desarrolla un fenómeno dete
Anómalo: Irregular, extraño.
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.
12
12
Cpech