fisica
DESCRIPTION
fisicaTRANSCRIPT
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
SEMANA 10
TEMPERATURA, DILATACIN
Y CALORIMETRA
1. Determine la temperatura a la cual la lectura de un termmetro
Fahrenheit, es exactamente el doble que la obtenida con un termmetro Celsius.
A) 300 F B) 320 F
C) 320 C D) 400 C E) 160 F
SOLUCIN Por dato:
F 2 C
Adems sabemos que:
C F 32
5 9
9F C 32
5
Sustituyendo
92C C 32
5
C 160 Por la condicin de partida: F 320
RPTA.: B
2. Un termmetro de mercurio tiene
una escala que marca 0 X cuando la temperatura es de -10
C y marca 220 X para 100 C. Cuntos grados X corresponden a la temperatura promedio del
cuerpo humano de 37 C?
A) 94 B) 100 C) 114 D) 120 E) 125
SOLUCIN Comparando la escala x con la
escala Celsius.
37 10 x 0
100 10 220 0
47 x
110 220
x 94 RPTA.: A
3. Una varilla de vidrio y otra de
acero tienen la misma longitud a
0 C, y a 100 C sus longitudes se diferencian en 0,2 mm. Determine
la longitud de cada varilla a 0 C. (Los coeficientes de dilatacin lineal para ambos materiales son:
acero=410-6 C-1,vidrio=510-6 C-1)
A) 1 m B) 2 m C) 3 m
D) 4 m E) 5 m
SOLUCIN Como: vidrio acero
Entonces: F vidrio F aceroL L
Por dato: 3
F vidrio F aceroL L 0,2 10 m
4
F vidrio F aceroL L 2 10 m
4vidrio aceroL 1 T L 1 T 2 10
m
4vidrio aceroT.L 2 10
6 4100.L 10 2 10 L 2m
RPTA.: B
4. Se tienen dos varillas A y B
cuyos coeficientes de dilatacin
C x
100
37
- 10
220
x
0
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 2
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
lineal son A = 1,210-6 C-1 y
B = 1,810-6 C-1. La longitud en
funcin de la temperatura para ambas varillas, se muestra en la figura. Determine la relacin de
las longitudes iniciales LOA / LOB.
A) 1/4 B) 1/3 C) 1/2 D) 3 E) 4
SOLUCIN
De la figura:
L
TgT
Pero:
0L L T
0
LL
T
0Tg L
Entonces:
0A ATg30 L
0B BTg60 L
Dividiendo:
0A
0B
L 1
L 2
RPTA.: C
5. En la figura se muestra la
variacin relativa de la longitud de dos barras de materiales A y B en
funcin de la variacin de sus
temperaturas T con respecto a la temperatura ambiente. Si las dos
barras tienen la misma longitud inicial L0 a la temperatura ambiente, para qu incremento
de temperatura la diferencia de sus longitudes ser de 0,07 % de
la longitud inicial L0?
A) 50C B) 60C C) 70C
D) 80C E) 90C
SOLUCIN Por dato: 0A 0B 0L L L
FA FB 0L L 0,0007L ........(1)
De la figura:
3
A 0 0 AL 2 10 L L T ..(2)
3
B 0 0 BL 1 10 L L T (3)
Dividiendo (2) y (3)
A B2
De (1):
O A 0 B 0L 1 T L 1 T 0,0007 L
4A B T 7 10 ...(4)
20 40 60 80 100
1
2
30
10
L
L
T(C)
B
A
T(C)
LOB
LOA 30
A
B
60
L (cm)
0
T(C)
LOB
LOA 30
A
B
60
L (cm)
0
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 3
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
Adems de la figura: 0
L
L T
5 1A 2 10 C
, 5 1B 1 10 C
Reemplazando en (4):
T 70C
RPTA.: C
6. La base de una plancha elctrica es una placa de aluminio que tiene un rea de 200 cm a la
temperatura de 20 C. Calcule el aumento del rea de dicha base
(en cm) cuando la plancha est funcionando a 170 C.
(aluminio = 2,3 10-5 C-1)
A) 0,23 B) 0,46 C) 1,15
D) 1,38 E) 2,12
SOLUCIN Sabemos que:
0 f 0A A T T
0 f 0A A 2 T T
6A 200 2 23 10 170 20 2A 1,38cm
RPTA.: D
7. Se desea insertar un anillo de 2 cm de radio interno en un tubo
de 2,1 cm de radio externo. El anillo inicialmente est a 15 C.
Hasta que temperatura se deber calentar el anillo para lograr el
objetivo? El coeficiente de dilatacin lineal del anillo es 10-3 C-1.
A) 45 C B) 50 C
C) 55 C D) 60 C E) 65 C
SOLUCIN Por dato tenemos:
Trabajando con los radios:
r = ro T
r r = ro T 0,1 = 2 . 103 (Tf 15C)
Tf = 65C RPTA.: E
8. Una placa metlica de 100 g y coeficiente de dilatacin lineal
10-4 C-1 recibe 400 caloras de energa calorfica incrementando su rea en 1%. Halle el calor
especfico (en cal/gC) de la placa.
A) 0,04 B) 0,08 C) 0,016 D) 0,02 E) 0,30
SOLUCIN Sabemos que:
0A A T
0
AT
A
40,01 2 10 T
T 50C
Adems: eQ=mC T
Calculando el calor especifico.
Anillo
OT 25C
r 2cm
fT ?
Tubo
1r 2,1cm
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 4
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
e
QC
m T
e
400 calC
100g 50C
eC 0,08 cal /gC
RPTA.: B
9. Un recipiente de vidrio de
capacidad 2 000 cm est lleno de mercurio. Si la temperatura se
incrementa en 100C, el recipiente alcanza un volumen de 2010 cm. Calcule el volumen
de mercurio que se derrama. (Coeficiente de dilatacin
volumtrica del mercurio es
Hg = 1,810-4 C-1)
A) 10 cm B) 12 cm C) 15 cm D) 26 cm
E) 28 cm
SOLUCIN Calculamos el volumen final del
mercurio:
FHg HgV V 1 T
Hg
4
FV 2000 1 1,8 10 100
Hg
3
FV 2036cm
Adems sabemos que el recipiente alcanza un volumen de:
3
FRecipienteV 2010 cm
Entonces el volumen de mercurio derramado ser:
DerramadoHg FHg FrecipienteV v V
3
DerramadoHgV 26cm
RPTA.: D
10. Un motorcito desarrolla una
potencia 1kW al accionar unas paletas que agitan el agua contenida en un recipiente. Qu
cantidad de energa (en kcal) se le
habr proporcionado al agua de 1 minuto? Considere que toda la
energa suministrada por el motor es absorbida por el agua.
1J 0,24cal
A) 10,2 B) 12,2 C) 14,4 D) 14,4 E) 18,6
SOLUCIN Por dato:
P 1kW
Adems:
Q
P Q Ptt
Q 1kW 60s
Q 60k J
Q 60 0,24cal
Q 14,4 Kcal
RPTA.: C
11. Una masa de 300 g de vapor de agua a 100 C se enfra hasta
obtener hielo a 0 C. Cuntas kilocaloras se le sustrajo en el proceso? (El calor latente de
vaporizacin del agua es 540 cal/g y el calor latente de fusin del
hielo es 80 cal/g)
A) 180 B) 196 C) 216 D) 226 E) 230
SOLUCIN
El calor liberado ser:
total 1 2 3Q Q Q Q
1Q3
Q
2Q
0 C 100 C
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 5
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
Donde:
1 condQ L m 540 300 162000 cal
2 EQ C m T 1 300 100 30000 cal
3 solidifQ L m 80 300 24000 cal
totalQ 216kcal
RPTA.: C
12. Un recipiente de capacidad calorfica despreciable contiene 40 gramos de hielo a -20 C.
Cuntos gramos de agua a 100 C se debe verter en el
recipiente, para obtener finalmente agua lquida a 0C?
A) 18 B) 20 C) 30 D) 36 E) 42
SOLUCIN
Qganado hielo = Qperdido agua
2 3 1Q Q Q
HIELO AGUA
'
E F EmC T L m MC T
40 0,5 20 80 40 M 1 100
M 36g
RPTA.: D
13. Un estudiante mezcla dos cantidades de un mismo lquido
que estn a diferentes temperaturas. La masa y la temperatura del lquido ms
caliente son tres veces la masa y la temperatura del lquido ms
fro, respectivamente. La temperatura inicial del lquido fro
es 25 C, entonces la temperatura de equilibrio de la mezcla es:
A) 32,5C B) 42,5C
C) 53,5C D) 62,5C E) 65,0C
SOLUCIN Por dato:
m 3 m
Qganado = Qperdido
2 1Q Q
e e e emC T 25 3mC 75 t
e eT 25 225 3T
eT 62,5C
RPTA.: D
14. El comportamiento de La
temperatura de un cuerpo de
masa 0,5 kg en funcin del calor recibido, es tal como se muestra
en la figura. Determine los calores especficos (en cal/gC) en las fases slido y lquido
respectivamente.
A) 2 ; 3 B) 4 ; 3 C) 5 ; 3 D) 6 ; 4 E) 6 ; 5
-10
40
120
100 200 320 Q (Kcal)
T (C)
3Q
- 20 C 0 C 100 C
2Q
1Q
25 C 75 C
2Q 1Q
eT
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 6
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
SOLUCIN
De la figura:
Q
TgT
e
QmC
T
e
QC
T m
Para el estado slido:
1e
100C
50 0,5
1e
C 4cal /gC
Para el estado lquido:
2e
120C
80 0,5
2e
C 3cal /g C
RPTA.: B
15. Determine la cantidad de calor
que se le debe suministrar a 20 g
de hielo a -20 C para llevarlo hasta vapor a 120 C.
A) 14 400 cal B) 14 800 cal
C) 15 000 cal D) 15 200 cal
E) 15 900 cal
SOLUCIN
Calor suministrado ser:
T 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q Q
Donde:
1Q 20 0,5 20 200cal
2Q 80 20 1600cal
3Q 20 1 100 2000cal
4Q 540 20 10800cal
5Q 20 0,5 20 200cal
TQ 14800cal
RPTA.: B
16. En un calormetro cuyo
equivalente en agua es 20 g se tiene 40 g de agua a 20 C. Si se introduce en el agua un cuerpo de
80 g a 50 C, la temperatura final de equilibrio es de 40C. Halle el
calor especfico del cuerpo (en cal/gC).
A) 0,5 B) 1,0 C) 1,5 D) 2,0 E) 2,5
SOLUCIN
Qganado = Qperdido
2Ocalorimetro H cuerpoQ Q Q
e20 1 20 40 1 20 80 C 10
e400 800 800 C
eC 1,5cal /g C
-10
40
120
100 200 320 Q (Kcal)
T (C)
Liqu
ido
slid
o
20 C 50 C
2calorimetro H OQ Q cuerpoQ
40 C
-20 C 100 C0 C
1Q
2Q
3Q
4Q
5Q
120 C
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 7
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
RPTA.: C
17. Un recipiente trmicamente aislado contiene 200 g de agua a una temperatura de 25 C. Si se
aade 20 g de hielo a una temperatura de -5 C. Determine
la temperatura de equilibrio (en C) de la mezcla.
A) 6,2 B) 8,2 C) 9,6
D) 15,2 E) 16,4
SOLUCIN
2 3 4 1Q Q Q Q
e20 0,5 5 20 80 20 1 T
e200 1 25 T
e e50 1600 20T 5000 200T
eT 15,2 C
RPTA.: D
18. Un calentador elctrico de 350 W
se emplea para hacer hervir 500g de agua. Si inicialmente la
temperatura del agua es 18 C, cunto tiempo (en minutos) se emplea en hervir el agua?
(1cal = 4,2J)
A) 6,2 B) 8,2 C) 8,4
D) 8,6 E) 9,2
SOLUCIN Calculando la cantidad de calor
para hacer hervir el agua:
eQ mC T
Q 500 1 82 = 41000 cal
Q 172200J
Adems sabemos que: Q
Pt
Q
tP
172200J
t350 W
t 492s
t 8,2min
RPTA.: B
19. Un proyectil penetra en una pared
con rapidez de 200 m/s. S el 20% de su energa cintica se transforma en energa calorfica,
halle el aumento de temperatura que experimenta el proyectil de
calor especfico 400 J/kg C.
A) 5 C B) 6 C C) 9 C D) 10 C E) 11 C
SOLUCIN Por dato:
kQ 20% E
21Q 0,2 mV2
2Q 0,1 mV
Calculando el incremento de temperatura:
eQ mC T 2
e0,1mV mC T
2
0,1 200 400 T
T 10C
RPTA.: D
- 5 C 0 C
2Q
3Q
4Q 1Q
25 CeT
-
Fsica
CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 8
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
CENTRO PREUNIVERSITARIO
20. En la figura se muestra un bloque
de masa 2 kg que es lanzado desde la base de una rampa, con
una rapidez de 2 m/s. Si la rampa es de superficie rugosa, calcule la cantidad de energa que se
transforma en calor. (1J = 0,24cal)
A) 0,160 cal B) 0,384 cal
C) 0,768 cal D) 0,867 cal
E) 1,600 cal
SOLUCIN * La energa que se desprende en
forma de calor es el trabajo realizado por la fuerza de
rozamiento: Q = Wfroz
= froz . d
Q = FN . d Q = 0,5 . 16 . d ..............(I)
* Calculamos d: por teorema del
trabajo y energa mecnica
Wfroz = EM
mgCos37d = mg Sen 37d 1
2 m 20V
d = 1
m5
* Reemplazamos d en (I) Q = 1,6 J Q = 0,384 cal
RPTA.: B
37
V0=2m/s
k = 0.5