Revisión de calorimetría

1-Un calorímetro de aluminio con una masa de 100 g contiene 250 g de agua. Estan en equilibrio térmico a 10 °C. Se colocan 2 bloques de metal en el agua, uno es una pieza de 50 g de cobre a 80 °C la otra es una muestra que tiene una masa de 70 g a una temperatura de 100 °C , todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20 °C. Determine el calor específico de la muestra desconocida.
Ce Al= 0,215 cal/g °C; Ce agua= 1 cal/g °C; Ce Cu= 0,0924 cal/g °C. Rta: 0,435 cal/g°C.

2- Una herradura de hierro de 1,5 kg inicialmente a 600 °C se deja caer en un cubo que contiene 20 kg de agua a 25 °C. ¿ Cuál es la temperatura final ? (Desprecie la capacidad calorífica del recipiente)
Ce Fe= 0,107 cal/g °C. Ce agua= 1 cal/g °C. Rta:29,6 °C.

3- Un recipiente de 300 g de aluminio contiene 200 g de agua a 10 °C si se agregan 100 g de agua a 100°C ¿ Cuál es la temperatura final de equilibrio del sistema?Ce Al= 0,215 cal/g °C; Ce agua= 1 cal/g °C. Rta: 34,7°C

Sistemas termodinámicos

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Guía 9: ondas

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería Agronómica

Física

Guía 9

ONDAS

1-Un muelle se estira 0,05 m cuando se le cuelga una masa de 0,3 kg. A)¿Cuál es la constante del muelle? B)¿ Cuál es la frecuencia de vibración de la masa en el extremo del muelle? Rta: 58,8 N/m;2,23 Hz

2- El período de una masa de 0,75 kg en un muelle es de 1,5 s.¿Cuál es la constante del muelle? Rta: 13,15 N/m

3- Una masa de 0,05 kg se cuelga de una cinta de goma de masa despreciable que alarga 0,1 m,a)¿Cuál es la constante elástica de la cinta de goma? B)¿Cuál es la frecuencia característica de oscilación del sistema? C)¿Cuál es el período de oscilación? Rta: 4,9 N/m; 1,58 Hz; 0,634 s

4) En qué factor debe aumentarse la masa de un objeto fijado a un muelle para que se duplique el período de oscilación? Rta: 4 m

5)Una fuente luminosa emite luz monocromática de longitud de onda en el vacío 6 x 10^-7 m (luz roja) que se propaga en el agua de n = 1,34. Determine:a)La velocidad de propagación de la luz en el agua. B)La frecuencia  y la longitud de onda de la luz en el agua. Velocidad de la luz 3 x10⁸m/s

6) Determine el ángulo crítico para la reflexión total entre el agua y el aire. Índice de refracción del agua 1,33. Rta: 48,75°

7) Una loseta de vidrio con índice de refracción de 1,5 se sumerge en agua con índice de refracción de 1,33. La luz dentro del agua incide sobre el vidrio. Hallar el ángulo de refracción si el ángulo de incidencia es 60°. Rta: 50,2°

8) ¿Con qué ángulo, i, con respecto a la vertical, debe mirar un submarinista, S, que está debajo del  agua, para ver un pequeño objeto, P, que está sobre su superficie? V agua= 2,3 x 10⁸ m/s; v luz = 3 x10⁸ m/s

Gases ideales, W en expansión, 1 ra Ley de la Termodinámica

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería Agronómica

Física

Guía 8

Gases ideales, Trabajo en expansión , 1 ra ley de la Termodinámica

1)a_ Se tienen 2 moles de hidrógeno a 52°C y a 2 atm. ¿a qué temperatura deberá enfriarse este sistema para que ejerza  una presión de 0,5 atm manteniendo el volumen constante? Rta: 81,29 K

2) Una muestra de gas ideal se encuentra originalmente a 100 K. ¿Cuál será la temperatura final del gas si su volumen se triplica y la presión se duplica? Rta: 600 K

3) Cierto tanque de gas estacionario tiene una capacidad de 500 L. Considerando  que el gas es solamente butano, C₄H₁₀, clcular la masa de ese gas que contiene este tanque si a 25 °C el gas ejerce una presión de 20 atm. Rta: 23,7235 Kg

4)Las moléculas de ozono en la estratósfera absorben la mayor parte de la radiación proveniente del sol que es dañina para la vida. Calcular el número de moléculas contenidas en 1 L a 250 K y 0,76 Torr. Que son las condiciones típicas en las que se encuentra el ozono en la estratósfera. Rta: 4,88 x 10^-5 mol, 2,93676 x 10¹⁹ moléculas

5) Un gas se expande de I a F. El calor que se le agrega al gas es de 400 J cuando el gas va de I a F por la trayectoria diagonal. A)Cuál es el cambio en la energía interna del gas, b)¿Cuánto calor se le debería entregar al gas si se fuera por el camino indirecto, IAF, para tener el mismo cambió la energía interna?

6)La rueda de una se llena con aire a una presión manométrica de 550 KPa a 20 °C. ¿ Cuál es la presión manométrica en la rueda después de manejarla en un día soleado cuando la temperatura del aire es 40°C? ( suponga que el volumen no cambia y recuerde que la presión manométrica significa la presión absoluta en la rueda menos la presión atmosférica) P atm = 101 kPa. Rta: 594,41 x 10³ Pa

7) Una gas ideal es encerrado en un cilindro. Hay un émbolo movible en la parte superior del cilindro. El émbolo tiene una masa de 8000 g, un área de 5 cm² y es libre de moverse hacia arriba o hacia abajo, manteniendo la presión del gas constante. ¿Cuánto trabajo se hace si la temperatura de 0,2 moles de gas se eleva de 20°C a 300 °C? Rta: 465,6J

8) Un gas se expande desde I a F por tres posibles trayectorias como se indica en la figura. Calcule el trabajo realizado por el gas a lo largo de las trayectorias IAF, IF, IBF. Rta: 405,32 J; 304 J; 202,7 J.

9) El  aire de una habitación de dimensiones 5 x 5 x 4 m se dilata a presión constante (760 mmHg) escapándose por la ventana al pasar su temperatura de 15°C a 20°C, se considera como gas ideal. Deseamos saber: a) El volumen de aire que se escapa, b) El trabajo que realiza en la expansión al empujar el aire exterior, c) ¿Qué volumen ocuparía todo el aire de la habitación, el que queda y el que se escapa ,en las condiciones normales de presión y temperatura? Rta: 1736dm³, 175,84 kJ; 94,792 m³

10) Se comprime un gas a presión constante de 0,8 atm de un volumen de 9 L a un volumen de 2 L. En el proceso se escapan del gas 400 J de energía calorífica. A)¿Cuál es el trabajo realizado por el gas? B) ¿Cuál es el cambio de la energía interna del gas? Rta: - 567,5 J; 167,5 J

11) Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de 2,5 KPa. Si el volumen aumenta de 1 m³ a 3 m³ y se agregan 12500 J de calor al sistema. Hallar:a)El cambio en la energía interna del gas,b)Su temperatura final. Rta: 7500 J; 900 K.

12)Un gramo de agua a presión atmosférica normal (1,013 x 10⁵ Pa) ocupa un volumen de 1 cm³, cuando esta agua hierve se convierte en 1671 cm³ de vapor de agua. Calcule el cambio de energía interna en este proceso. Lv agua: 2,26 x 10 ⁶ J/kg . Rta: 2091 J

Transferencia de calor: Radiación, convección y conducción

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Leyes de los Gases

Aquí les dejo este Link para que practiquen  leyes de los gases:
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/index.html

Guía 7 : Calor y Temperatura

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería Agronómica

Física

Guía 7

Temperatura, capacidad calorífica, calor latente, calorimetría

1)¿A qué temperatura coinciden las indicaciones del termómetro centígrado y el Fahrenheit? Rta: -40 °C.

2)La temperatura de ebullición del oxígeno es de 90,19 K. Determine dicha temperatura en las escalas Celsius y Fahrenheit. Rta: -182,81°C; -297 °C.

3)El cero absoluto de temperatura equivale a – 273,16 °C. Calcular: a)La temperatura del cero absoluto en grados Fahrenheit. B)El intervalo que existe entre el cero absoluto y el punto de fusión del hielo en la escala Fahrenheit. Rta: -459,69 °F, 491,69°F.

4)Se utilizan 2 Kcal para calentar 600 g de una sustancia desconocida de 15°C a 40°C.¿Cuál es el calor específico de la sustancia? Rta: 0,13333 cal/ g °C.

5)Una pieza de cadmio de 50 g esta a 20 °C, si se agregan 400 cal al cadmio. ¿Cuál es su temperatura final? Ce cadmio: 0,055 cal/g °C

6) Un trozo de 300 g de cobre se calienta en un horno y en seguida se deja caer en un calorímetro de 500 g de aluminio que contiene 300 g de agua, si la temperatura dl agua se calienta de 15°C a 30°C,¿cuál era la temperatura inicial del cobre?( suponga que no se pierde calor) ¿ Cuánto calor se debe agregar a 20 g de aluminio a 20 °C para fundirlo completamente? Ce _Al = 0,215 cal/g °C; Ce H₂O 1 cal /g °C; Ce _Cu 0,0 924 cal/g °C; L_fAl= 3,97 x 10⁵J/kg a 600 °C. Rta 250,51 °C; 4657,6 cal.

7) Un recipiente de espuma de estireno contiene 200 g de mercurio a 0 °C, a esto se le agrega 50 g de alcohol etílico a 50 °C y 100 g de agua a 100 °C, a) ¿Cuál es la temperatura final de la mezcla? B)¿ Cuánto calor fue ganado o perdido por el mercurio, el alcohol y el agua? CeHg= 0,033 cal/g°C; alcohol etílico 0,58 cal /g °C y se desprecia la capacidad térmica de la espuma de estireno. Rta: 84,43 °C; 557,301 cal; 998,746 cal; 1556,05 cal.

8) Un bloque del Kg de cobre a 20°C, se deja caer  en  un recipiente con nitrógeno líquido el cual está hirviendo a 77 K. Suponiendo que el recipiente está aislado térmicamente de los alrededores, calcule el número de litros de nitrógeno que se evaporan durante el tiempo que tarda el cobre en llegar a 77 K. Ce Cu= 0,0924 cal/g °C; Lv = 48 Cal/g; y una densidad de 0,8 g/cm3. Rta: 520,1 x 10^-3 L

9) En un recipiente aislado se agregan 250 g de hielo 0°C a 600 g de agua a 18°C. a) ¿Cuál es la temperatura final del sistema? Ce Pb= 0,0305 cal /g °C. Rta: 57,6 cal; 629,5 °C.

10)Una bala de plomo de 3 g que viaja con rapidez de 400 m/s se detiene en un árbol. Si toda su energía cinética se transforma en energía térmica, encuentre el incremento en la temperatura de la bala. Ce Pb = 0,0305 cal/g °C. Rta: 57,6 cal; 629,5 °C

11) Una rueda de 50 kg de masa y 50 cm de radio, gira con una velocidad de 3000 rpm. Sobre la periferia se aplica una fuerza constante que la hace parar en un minuto. Calcular: a) valor y signo de la aceleración angular, b) número de vueltas que da la rueda en el minuto considerado, c) valor de la fuerza aplicada, d) pérdida de la energía cinética de rotación que experimenta la rueda al pararse, e) Si el 40% de esta energía, transformada en calor, se emplea en fundir hielo a 0°C, ¿ qué masa de hielo se fundirá? Rta: 5/3 π rad/s²; 1500 vueltas; 125/3 π N; 62500 π² J; 738 g.

12)Para enfriar 100L de agua de 90 °C a 10°C, contenido en un depósito, se hace pasar a través de un tubo en serpentín agua a 0°C. Después de su recorrido, el agua del tubo sale a 10 °C y pasa 2 L de agua por segundo. ¿Cuánto tiempo pasará para que toda el agua del depósito esté a 10°C? Rta: 6 min 40 s.

13) Calcular la cantidad de calor consumido por 3 Kg de hielo que está a -20 °C para transformarlo  íntegramente en vapor y calentarlo hasta 150 °C. Ce hielo 0,5 cal/g °C; Ce vapor 0,45 cal/g°C; Lf hielo = 80/g; Lv agua= 540 Cal/g. Rta: 9459 x 10³J

Guía 6 :Calor molar de vaporización, tensión superficial, capilaridad y viscosidad

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería agronómica

Física

Guía 6

Calor molar de vaporización, tensión superficial, capilaridad y viscosidad

1-El calor de vaporización del tetraclorometano , CCl₄, es 0,05087 kcal/g a 20 °C. ¿Cuál es su calor molar de vaporización? Rta: 7,82 Kcal/mol

2- El calor de vaporización del éter dietílico, C₄H₁₀, es 6,72 Kcal/mol a 30 °C. ¿Cuál es su calor de vaporización en Kcal/g? Rta: 0,1158Kcal/g

3-a) ¿ Cuál es la presión (manométrica) en el interior de una burbuja de jabón de 2 cm de radio formada a partir de una disolución cuya tensión superficial es 0,06 N/m?b- ¿ Cuál es la presión máxima si el capilar es de 0,02 cm de radio?Rta: 12N/m²; 600 N/m²

4- a) La pata de un insecto parado en el agua forma una depresión de radio 2 mm y un ángulo de 40°. ¿Cuánto peso soporta esta depresión? b- ¿ Cuál es la masa del insecto, suponiendo que está siendo sostenido por igual sobre las seis patas? = 0,0727 N/m. Rta: 7 x 10^-4 N; 0,43 g

5-a) ¿ A qué altura h ascenderá el etanol en un capilar de 0,5 mm de radio si el ángulo de contacto es cero? B) En un experimento con un capilar de un cierto material, se obtiene que el alcohol asciende hasta una altura de 1,09 cm. ¿ Cuál es el ángulo de contacto entre el alcohol y el material del capilar? δ=791 kg/m³; =0,0227N/m. Rta: 1,17 cm ; 21°28’ 41’’

6- Por un tubo cilíndrico de 50 cm de longitud y 2 mm de diámetro interior circula agua, si la diferencia de presión a lo largo del tubo es de 10 cm de Hg y la viscosidad del agua es 1 cP, calcúlese la cantidad de agua que fluye por un tubo en 1 min. Rta: 630 g

7- Determinar el radio de una tubería 3 m de longitud con una depresión de 5 bar entre sus extremos, para que circule agua con la velocidad crítica, siendo el n° de Reynolds = 2000. ɳ del agua = 1 cP

8- Calcular la máxima velocidad que adquiere una burbuja de aire de 1 mm de radio en el seno de glicerina. δaire0,001293 g/cm³; δglicerina=1,26 g/cm³; ɳ=8,3 P. Rta: - 0,33 cm/s

9- Un bloque de hielo de 1,2 m de largo por 0,8 m de ancho es arrastrado sobre una superficie horizontal  lubricada por una capa de agua de 0,10 mm de espesor. Determine la magnitud de la fuerza que se necesita para tirar del bloque con una rapidez constante de 0,5 m/s. A 0°C, la viscosidad del agua es 1,79 x 10 ^-3 Ns/m². Rta: 8,59 N

10- Un tubo horizontal recto de 1 cm de diámetro y 50 m de longitud transporta aceite con un coeficiente de viscosidad de 0,12 Pa s. En la salida del tubo, el gasto es de 8,6 x 10^-5 m³/s y a la presión de 1 atm. Determine la presión manométrica a la salida del tubo.

11- La aorta de los seres humanos tiene un diámetro de alrededor de 2 cm y, en determinados momentos, la rapidez de la sangre que pasa por ella es de 55 cm/ s. ¿ Es turbulento el flujo d sangre? La δde la sangre es 1050 kg/m³ y su coeficiente de viscosidad es de 2,7 x 10^-3 N/s/m2. Rta:4277,7

12- a) La savia, que en verano consiste sobre todo en agua, sube en los árboles por un sistema de capilares de radio r=2,5 x 10^-5 m. El ángulo de contacto es 0°. La densidad del agua es 10 3Kg/m³. ¿Cuál es la máxima altura a que puede subir la sabia en un árbol a 20°C? ; =7,28 x 10 ^-2 N/m. Rta: 0,594 m

b) Como los árboles alcanzan varios metros de altura, el efecto capilar no puede explicar el suministro de savia a la copa de un árbol. ¿ cómo se explica el ascenso del savia en ellos?

13- Por una tubería de 1,3 cm de radio circula petróleo de densidad 0,85 g/cm³ y 11,4 cP de coeficiente de viscosidad, a una velocidad de 1 m/s. Determine el régimen con el que circula el petróleo. Rta: 1938,5

14- Por una tubería cilíndrica horizontal, de 6 cm de radio y 25 m de longitud, pasa un líquido de densidad 1076 kg/m³ y un coeficiente de viscosidad de 180 cP. Si tiene un caudal de 1 L/s. Calcular:a)N° de Reynolds, b)pérdida de presión en tal longitud, c) potencia que consumiría una bomba si hiciese circular ese caudal. Rta: 63,4; 884,2 Pa; 0,88 W

15- La arteria pulmonar conectada al corazón con los pulmones tiene un radio interno de 2,6 mm y 8,4 cm de longitud. Si la caída de presión entre el corazón y los pulmones es de 400 Pa, ¿cuál es la rapidez media de la sangre en la arteria pulmonar? ɳ=2,08 x 10^-3Pa/s Rta: 1,9 m/s

16- la velocidad media de la sangre en la aorta, r=1,19cm, durante la parte estacionaria del latido del corazón es de unos 35 cm/s. ¿ El flujo es laminar o turbulento? ɳ=2,08 x 10^-3Pa/s ; δ_sangre= 1,050x 10³ kg/m³

17- Calcule l velocidad de caída de una gota de lluvia de 10^-3 cm de radio, la ɳ aire=1 x10^-3 Pa s, la densidad del agua es 1x 10³ kg/m³, la densidad del aire es 1 kg/m³. Rta: 2,18 m/s

18- La caída de presión a lo largo de una arteria horizontal es 100 Pa. El radio de la arteria es 0,010 m y el flujo es laminar. A)¿Cuál es la fuerza neta sobre la sangre en este fragmento de arteria? Si la velocidad media de la sangre es de 1,5 x 10^-2 m/s, b)¿Cuál es la potencia necesaria para mantener el flujo? Rta: 3,14 x 10^-2 N; 4,71 x 10^-4W