Guía: Gases ideales,trabajo en expansión, 1 ra ley de la Termodinámica

Guía 

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

1) 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 bicicleta 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

Guía: transferencia de calor por conducción, convección y radiación

Guía

Transferencia de calor

1-Se está probando una nueva chapa aislante en lo que respecta a la conductividad. La muestra tiene 10 cm de espesor y un área transversal de 0.5 m². El lado caliente se mantiene a 80 ºC y el lado frío a 28 ºC. La transmisión total de calor, a lo largo de un periodo de 6 horas, resulta ser de 50 Kcal. Hallar el valor K, del material. Rta: 0,0321 Kcal/h m ºC

2- ¿Cuántas kilo calorías se perderán por conducción a través de una puerta de roble de 40 mm de espesor, 90 cm de ancho y 201 cm de altura, si la temperatura del la superficie interior es de 25 ºc y la temperatura de la superficie exterior es de -5 ºC? K = 0,14 Kcal/h m ºC. Rta: 198,5 Kcal/h

3-Un serpentín para aire acondicionado está hecho de cobre cuyas paredes tienen 1,5 mm de espesor. La temperatura de ebullición del refrigerante interior es de 1 ºc. La temperatura exterior, por efecto del aire que pasa, llega a 1,275 ºC. Si el serpentín tiene una capacidad de 30000 Kcal/h, ¿cuál debe se rsu superficie efectiva aproximada? K = 330 Kcal/ h m2 ºC. Rta: 0,496 m²

4-Un caño de hierro para vapor tiene un diámetro exterior de 150 mm y 7,5 mm de espesor. La temperatura del vapor en el interior es de 116 ºC. Si este caño no estuviera aislado, la temperatura de su superficie externa podría ser de 75 ºC. Si tal fuera el caso, ¿ Cuántas Kcal/h se perderían en 10 m de este caño? ( suponga un diámetro medio de 142,5 mm) K = 43,5 kcal/h m² ºC. Rta: -7981 kcal/h

Guía: temperatura, capacidad calorífica,calorimetría

Guía 

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 de 1 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? b-¿ Cuánto hielo queda? Lf agua = 3,33 x 10 5 J/kg. Rta: 0 °; 115 g

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) pérdida de la energía cinética de rotación que experimenta la rueda al pararse, d) Si el 40% de esta energía, transformada en calor, se emplea en fundir hielo a 0°C, ¿ qué masa de hielo se fundirá? Rta: 5,21 rad/s²; 1500 vueltas; 616225 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: 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

Escalas termométricas - Calor - L. Gases- Procesos termodinámicos

Escalas termométricas

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29701428/ccnn/flash/escalas.swf

Calor y energía
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/impresos/quincena7.pdf


Calor de fusión
https://www.youtube.com/watch?v=kaTtbcF1UYU

Calor

https://www.google.com.ar/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&ved=0CCwQFjAC&url=http%3A%2F%2Ffr



https://www.google.com.ar/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=14&ved=0CDcQFjADOAo&url=http%3A%2F

Cambios de estado paso a paso

https://www.youtube.com/watch?v=qh61SXzGpWA

Calor específico de fusión y de vaporización parte 1

https://www.youtube.com/watch?v=3nxaDCOigPo

Problemas resueltos (videos)
Calorimetria 1

https://www.youtube.com/watch?v=lpV1lImqp8Q

https://www.youtube.com/watch?v=kaTtbcF1UYU

https://www.youtube.com/watch?v=8KiD-cp1dKk

Termodinámica tutorial

http://portal.perueduca.edu.pe/modulos/m_termodinamica1.0/evaluacion2.htm

Leyes de los gases: laboratorio virtual

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/index.html

Procesos isobáricos, isotérmicos, adiabáticos

https://www.youtube.com/watch?v=yaHTBwhog8M&index=12&list=PLJSBK1C29HBRfGlTww7HSuj4gsBA8gBD5

Power point sobre termodinámica

<iframe src="http://www.slideshare.net/fisicageneral/slideshelf" width="615px" height="470px" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no" style="border:none;" allowfullscreen webkitallowfullscreen mozallowfullscreen></iframe>


Vídeos sobre procesos termodinámicos.

1- Energía interna
https://www.youtube.com/watch?v=CXaO-u4XEW8&index=1&list=PLQINxQTDk5pIRWwt7U-JTmaUvqxFZBF2O


2) Procesos isobáricos:
https://www.youtube.com/watch?v=t6XYMFa4Gio

https://www.youtube.com/watch?v=vNjbCtJ510A

3) Proceso isotérmico
https://www.youtube.com/watch?v=aYRNgtOuTe4

Procesos termodinámicos, simulador, autoevaluación.

http://portal.perueduca.edu.pe/modulos/m_termodinamica1.0/evaluacion2.htm

4)Práctica resuelta
http://ieselaza.educa.aragon.es/FisicaConceptualAplicada/Capitulo3/Archivos/Termo.swf

Fenómenos de superficie

1- Tensión superficial y capilaridad

http://www.ugr.es/~pittau/FISBIO/t5.pdf

2- Otra forma de ver la mismo

http://www.docencia.unt.edu.ar/bioquimicafisica/Teorias/7%20-%20Tensi%C3%B3n%20Superficial.pdf

3- videos
Tensión superficial

https://www.youtube.com/watch?v=jMn6JSqW8s8

Capilaridad
video 1

https://www.youtube.com/watch?v=KMmNM3H_Gjs

video 2

https://www.youtube.com/watch?v=K0skATKuJ_E

agua capilar y la desetificación

https://www.youtube.com/watch?feature=endscreen&v=MJcLvDm-ZTQ&NR=1

Actividad

1. ¿Qué es la tensión superficial?
2. ¿Cuántos tipos de capilaridad existen?
3. ¿Qué relación hay entre la capilaridad y la tensión superficial?
4. ¿Por qué las gotas de agua son esféricas y no triangulares o cuadradas?
5. ¿Cómo explicarías la alimentación de los arboles por el tallo?
6. ¿Qué conceptos físicos están relacionados en esta actividad?
7. ¿Cómo explicarías que una hoja de afeitar flote en el agua, si la densidad
del acero es mayor que la del agua