Práctico 8

Física I (Biociencias y Geociencias) – 2016
PRÁCTICO 8
(Temas de Termodinámica)
8.1 (A)
A 25,0 metros debajo de la superficie del mar, (densidad del agua 1025 Kg/m3) donde la temperatura es
5,00ºC, un buzo exhala una burbuja de aire que tiene un volumen de 1,00 cm3. Si la temperatura de la
superficie del mar es 20,0ºC, halle el volumen de la burbuja justo antes de que se rompa en la superficie.
8.2 (B)
El recipiente A contiene un gas ideal a una presión de
5,0  105 Pa y a una temperatura de 300 K. Está
conectado por un tubo delgado al recipiente B con
cuatro veces el volumen A; véase la figura. B contiene
el mismo gas ideal a una presión de 1,0  105 Pa y a
una temperatura de 400 K. Se abre la válvula de
conexión, y se llega al equilibrio a una presión común
mientras que la temperatura de cada recipiente se
mantiene constante en su valor inicial. ¿Cuál es la
presión final del sistema?
8.3 (A)
Calcule el trabajo efectuado en la expansión isotérmica de 2,5 g de helio a 290 K, desde un volumen de 11
m3 hasta uno de 18 m3.
8.4 (B)
Una esfera de 20 cm de diámetro contiene gas ideal a 1,00 atm y 20,0ºC. Conforme la esfera se calienta hasta
una temperatura de 100,0ºC, una válvula (que mantiene la presión constante) deja que el gas escape. La
válvula se cierra luego de haber alcanzado esa temperatura, y la esfera se pone en un baño de agua congelada
hasta alcanzar la temperatura de 0,00ºC . Determine la presión en la esfera cuando ésta está a la temperatura
del agua congelada.
8.5 (C)
Cuando un sistema se lleva del estado i al estado f a lo largo de la trayectoria iaf en la figura, se
encuentra que Q = + 50 J y que W = – 20 J. A lo largo de la
trayectoria ibf, Q = + 36 J.
a) ¿Qué valor tiene W a lo largo de la trayectoria ibf?
b) Si W = + 13 J para la trayectoria curva de regreso fi, ¿qué valor
tiene Q para esta trayectoria?
c) Considere que Eint,i = 10 J. ¿Cuánto vale Eint,f ?
d) Si Eint,b = 22 J, halle Q para el proceso ib y para el proceso bf.
8.6 (B)
Tres moles de un gas ideal que se encuentra en el estado inicial A (P = 12 atm y T = 500 K) describen un
ciclo. Primero se expande en forma isotérmica hasta alcanzar el estado B, luego experimenta un proceso a
volumen constante hasta que alcanza al estado C (P = 3,0 atm y T = 370K), a partir del estado C experimenta
una compresión isotérmica hasta alcanzar el estado D y finalmente evoluciona en un nuevo proceso isócoro
DA hasta completar el ciclo.
a) Representar el ciclo en el diagrama P-V.
b) Determinar el volumen del gas en los puntos A, B, C y D.
c) Calcular el trabajo total realizado por el gas y el calor intercambiado en el ciclo.
8.7 (C)
El diagrama adjunto representa las transformaciones
experimentadas por 10 moles de un gas ideal monoatómico.
a) Determine la temperatura del gas en A.
b) La isoterma de este gas que pasa por A, ¿pasa también
por C?
c) ¿Hay sobre AB dos o más puntos con igual
temperatura?
P(atm)
6
A
B
C
8,2
16,4
2
V (litros)
8.8 (A)
Dos cuerpos A y B se calientan en un horno. El gráfico representa el calor absorbido por cada uno en función
de la temperatura. Si dejamos que los dos cuerpos se enfríen a partir de una misma temperatura inicial, hasta
la temperatura ambiente, ¿cuál de los dos desprenderá mayor cantidad de calor? ¿Qué diferencias podrían
tener esos dos cuerpos A y B?
Q
Q
Q
B
A
.
T
T
8.9 (B)
Un estudiante inhala aire a 22ºC y exhala aire a 37ºC. El volumen promedio del aire en una espiración es de
200 cm3. Ignore la evaporación del agua en el aire y calcule la cantidad de calor liberado en un día por el
estudiante debido a su respiración. La densidad del aire es aproximadamente igual a 1,25 kg/m3, y el calor
específico del aire es 1000 J/kg.ºC.
8.10 (B)
En un recipiente aislado se agregan 250 g de hielo a 0ºC y 600 g de agua a 18ºC.
a) ¿Cuál es la temperatura final del sistema?
b) ¿qué cantidad de hielo queda luego de que el sistema alcanza el equilibrio?
8.11 (B)
¿Qué masa de vapor a 100 ºC de temperatura debe mezclarse con 150 g de hielo a 0,00 ºC, en un recipiente
térmicamente aislado, para producir agua líquida a 50,0 ºC?
Desprecie la capacidad calorífica del recipiente.
8.12 (C)
a) Dos cubos de hielo de 50,0 g cada uno se dejan caer en 200 g de agua en un vaso. Si el agua estaba
inicialmente a una temperatura de 25,0 ºC, y el hielo venía directamente de un congelador a –15,0 ºC, ¿cuál
es la temperatura final de la bebida?
b) Si sólo se hubiera usado un cubo de hielo en (a), ¿cuál sería la temperatura final de la bebida?
Desprecie la capacidad calorífica del vaso.
8.13 (A)
Los seres humanos somos unos mamíferos muy bien adaptados (unos más que otros) a mantener nuestra
temperatura baja en climas tropicales. Algunos científicos proponen que eso se debe a que en los orígenes de
la humanidad resultaba provechoso movilizarse en la sabana africana durante el día momento en que los
demás mamíferos (en particular hienas, leones y felinos con dientes de sable) se encontraban en reposo para
mantener su temperatura baja. Una adaptación especial de nuestra especie es tener un gran número de
glándulas sudoríparas, muchas concentradas en la frente ("ganarás el pan con el sudor de tu frente") para
mantener a las delicadas células nerviosas del cerebro a una temperatura baja. ¿Por qué cubrir el cuerpo de
sudor ayuda a mantener la temperatura baja? ¿Qué desventajas tiene este método de regulación térmica?
¿Cómo el ser humano puede sortear esas desventajas con más facilidad que otros animales?
8.14 (B)
Una bola de hierro se deja caer sobre un piso de cemento desde una altura de 10 m. En el primer rebote sube
hasta una altura de 0,5 m. Supóngase que toda la energía mecánica macroscópica perdida en el choque se
queda en la bola. El calor específico del hierro es de 0,12 cal/g ºC. Durante el choque,
a) ¿cuánto ha cambiado la energía interna de la bola?
b) ¿en cuánto ha aumentado la temperatura de la bola después del primer choque?
Problemas de parciales y examenes
Segundo Parcial 2006. Determine cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta:
a) Un gas ideal puede sufrir una expansión a presión constante aumentando su temperatura.
b) Siempre que un proceso se realice a temperatura constante el intercambio de calor será cero.
c) En un gas ideal, el trabajo es cero para un proceso a volumen constante.
d) A presión constante, un cambio de fase es un proceso a temperatura constante.
e) Para el agua, el calor latente de vaporización es mayor que el calor latente de fusión.
Segundo Parcial 2007. ¿En cuál de los siguientes procesos es absorbido más calor?
a) Transformar 10 g de hielo a 0 ºC en agua a 5 ºC
b) Calentar 12 ml de agua de 70 º a 90 º
c) Aumentar al doble la presión de un mol de gas ideal monoatómico a 25 ºC, manteniendo el volumen
constante.
d) Aumentar al doble el volumen de un mol de gas ideal monoatómico a 25 ºC, manteniendo la presión
constante
e) Aumentar al doble el volumen de un mol de gas ideal monoatómico a 25 ºC, sin variar la
temperatura.
Segundo Parcial 2007. Se efectúa un disparo sobre un enorme glaciar de forma que la bala de plomo de 25g
queda incrustada en la superficie de hielo, que se encuentra a 0oC. Si al momento de penetrar la bala tenía
una temperatura de 80oC y una velocidad de 220m/s, y la energía mecánica perdida por la bala se transfiere
completamente al hielo, ¿cuánto hielo se funde por efecto del disparo?
a) 0,8 g
b) 1,8 g
c) 2,6 g
d) 6,2 g
e) 9,5 g
Segundo Parcial 2007. Si se tiene un cierto sistema termodinámico al cual sólo se le agrega calor (el sistema
no hace ni recibe trabajo) ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
a) La temperatura del sistema debe aumentar
b) La energía interna del sistema no puede aumentar
c) La energía interna del sistema puede disminuir
d) La temperatura del sistema no necesariamente debe aumentar y puede permanecer constante.
e) La temperatura del sistema debe disminuir