guia de problemas nº10

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE FISICA
GUIA DE PROBLEMAS Nº10
PROBLEMA Nº1 ¿A qué temperaturas los siguientes pares de escalas dan la misma lectura?.
a)Fahrenheit y Celsius. b)Fahrenheit y Kelvin. c)Celsius y Kelvin.
PROBLEMA Nº2 El termómetro de resistencia, es un termómetro en que la propiedad termométrica
es la resistencia eléctrica. Las temperaturas medidas por un termómetro de este tipo, en la escala
Kelvin pueden definirse como directamente proporcionales a la resistencia R, medida en ohms. Se
encuentra que un cierto termómetro de resistencia tiene una resistencia R de 90,35ohms cuando su
bulbo se coloca en el agua a temperatura del punto triple (273,16K). ¿Qué temperatura indica el
termómetro si el bulbo se coloca en un medio ambiente tal que su resistencia sea de 96,28ohms?.
PROBLEMA N°3 Un cierto termómetro de gas esta formado por dos bulbos que contienen gas, cada
uno de los cuales se encuentra en un recipiente con agua, como se indica en la figura. La diferencia de
presión entre los bulbos se mide por medio de un manómetro de mercurio, según se ve en la figura.
Unos depósitos apropiados, que no se muestran en el diagrama, mantienen constante el volumen en los
dos bulbos. No hay diferencia en la presión cuando ambos recipientes se encuentran en el punto triple
de agua. La diferencia de presión es de 120mmHg cuando un recipiente está en el punto triple y el
otro en el punto de ebullición del agua. Finalmente, la diferencia de presión es de 90mmHg cuando un
recipiente está en el punto triple y el otro a una temperatura desconocida que se va a medir. ¿Cuál es la
temperatura desconocida?.
A
B
PROBLEMA Nº4 Para asegurar un ajuste perfecto, los remaches de aluminio usados en la
construcción de aeroplanos se hacen ligeramente más gruesos que los orificios y se enfrían con hielo
seco ( CO2 sólido) antes de ser introducidos en aquellos. Si el diámetro de un orificio es de 20mm,
¿cuál debe ser el diámetro del remache a 20°C si su diámetro es igual al del orificio cuando el
remache se enfría a –78°C, temperatura de hielo seco?.
PROBLEMA Nº5 Un anillo de acero de 75mm de diámetro interior a 20°C, ha de ser calentado e
introducido en un eje de latón de 75,05mm de diámetro a 20°C. a)¿ A qué temperatura ha de calentarse
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el anillo?. b)Si el anillo y el eje juntos se enfrían por algún procedimiento, tal como introduciéndolos
en aire líquido, ¿a qué temperatura saldrá el anillo solo del eje?.
PROBLEMA Nº6 Unos rieles de acero de 18m de longitud se colocan un día de invierno en que la
temperatura es -6°C. a)¿Qué espacio ha de dejarse entre ellos para que estén justamente en contacto
un día de verano en que la temperatura es 40°C?. b)Si los rieles hubieran estado inicialmente en
contacto, ¿cuál sería la fatiga en ellos un día de verano en que la temperatura es de 40°C?.
PROBLEMA Nº7 El péndulo de latón de un reloj se diseña para mantener el tiempo exacto a 20°C.
¿Cuál será el error en segundos por hora, si el reloj funciona a 0°C?.
PROBLEMA Nº8 Cuando la temperatura de un centavo de cobre sube en 100°C su diámetro aumenta
en 0,18%. Dar el porcentaje de aumento de : a)área de una cara, b)espesor, c)volumen y d) masa de un
centavo. e)¿Cuál es el coeficiente de dilatación lineal?.
PROBLEMA Nº9 A la temperatura de 20°C, el volumen de cierto matraz de vidrio, hasta una señal de
referencia que lleva en el cuello, es exactamente 100cm3. El matraz está lleno hasta dicha señal con un
líquido cuyo coeficiente de dilatación cúbica es 120x10-5 (°C-1), estando, tanto el matraz como el
líquido, a 20°C. El coeficiente de dilatación lineal del vidrio es 8x10-6 (°C-1). La sección transversal
del cuello es 1cm2 y puede considerarse constante. ¿Cuánto ascenderá o descenderá el líquido en el
cuello cuando la temperatura se eleva hasta 40°C?.
PROBLEMA Nº10 Cuando la temperatura de un cilindro metálico se eleva de 0°C a 100°C, su
longitud aumenta en 0,23%. a)Determinar porcentaje de cambio de densidad. b)¿Cuál es el metal?.
PROBLEMA Nº11 a)Hallar la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 100g de cobre
desde 10°C a 100°C. b) Suponiendo que a 100g de aluminio también a 10°C se le suministra la
cantidad de calor del apartado a), deducir que cuerpo, si el de cobre o el de aluminio, está mas caliente.
PROBLEMA Nº12 En un experimento de Joule, una masa de 6Kg cae desde una altura de 50m y hace
girar una rueda de paletas que agita a 0,6kg de agua. El agua está inicialmente a 15°C. ¿En cuánto
aumenta su temperatura?.
PROBLEMA Nº13 Una bala de plomo de masa 5g, que se mueve a razón de 71m/s choca contra el
blanco y queda en reposo. ¿Cuál sería la elevación de la temperatura de la bala, si no hubiera pérdidas
por el calor que pasa al medio?.
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PROBLEMA Nº14 Un trozo de hielo cae, partiendo del reposo, a un lago que se encuentra a 0°C,
fundiéndose el 0,5% de la masa de hielo. Calcular la mínima altura desde la que ha caído el hielo.
PROBLEMA Nº15 ¿Cuántos kg de hielo a 0°C se deben añadir a 0,6kg de agua a 100°C en una vasija
aislada de cobre de 0,1kg con el propósito de enfriar la vasija y su contenido a 30°C?.
PROBLEMA Nº16 La base de una caldera de cobre tiene un espesor de 2mm y un área de 300cm2. En
su interior hierve agua a 100°C y la cara exterior de la base está a 150°C. ¿Cuánto calor pasa por
minuto, a través de la base?. ¿Cuál sería la máxima cantidad de agua que se podría vaporizar con este
calor?.
PROBLEMA Nº17 Compare el flujo de calor a través de dos puertas de 2m de alto y 0,75m de ancho.
a)Una puerta hecha con paneles de aluminio de 1,5mm de espesor y 3mm de vidrio que cubre en un
75% su superficie (se considera que el marco estructural tiene un área despreciable). b)La segunda
puerta se hace totalmente de madera con un promedio de espesor de 2,5cm. Considérese que la caída
de temperatura a través de las puertas es de 33°C.
PROBLEMA Nº18 Dos varillas de metal idénticas se sueldan extremo con extremo como se muestra
en la figura a). Supóngase que en dos minutos fluyen 10cal de calor a través de las varillas. ¿Cuánto
tardarán 10cal en fluir a través de las varillas si están soldadas como se muestra en la figura b)?.
a)
b)
0°C
0°C
100°C
100°C
PROBLEMA Nº19 a)¿Cuál es la pérdida de calor en W/m2 a través de una ventana de vidrio de un
espesor de 3mm si la temperatura del exterior es de -20°F y la temperatura del interior es de 72°F.
b)Si se instala un cancel que tiene el mismo espesor que el vidrio, pero se coloca con una rendija de
aire de 7,5cm entre las dos ventanas, ¿cuál será la perdida de calor correspondiente?.
PROBLEMA Nº20 El calor fluye radialmente hacia afuera a través de un aislador cilíndrico de radio
exterior R2 que rodea a un tubo de vapor de radio exterior R1. La temperatura de la superficie interior
del aislador es t1, y la de la superficie exterior, t2. ¿A qué distancia radial del centro del tubo es la
temperatura justamente la media aritmética de t1 y t2?.
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