INSTITUTO ORIENTE MATERIA DE FISICA QUINTOS DE BACHILLERATO GRUPOS “D, E Y F” PROBLEMAS: CALOR Y TEMPERATURA (PARTE #1) 1. ¿Cómo es el numero de átomos en un anillo de oro de 30 g si lo comparamos con el numero de átomos que hay en un anillo de plata de la misma masa? (Au = 196.97 umas, Ag = 107.87 umas). 2. ¿Cuántos átomos hay en un centavo de cobre de 3.4 g, si se sabe que su masa es de 63.55 g? 3. (a) La temperatura ambiente se toma normalmente a 68 oF, ¿Cuántos grados son en la escala Celsius? (b) La temperatura en el filamento de un foco es cercana a los 1,800 oC, ¿a cuánto equivale en la escala Fahrenheit? 4. (a) ¿A cuanto equivalen – 15 oC? (b) ¿A cuanto equivalen -15 oF en la escala Celsius? 5. La temperatura máxima y la mínima registradas en el planeta han sido de 136 oF (en el desierto de Libia) y de -129 oF (en la Antártica). ¿A cuanto equivalen estas temperaturas en la escala Celsius? 6. En un termómetro de tubo, la altura que alcanzo el alcohol fue de 10.70 cm a 0.0 oC y de 22.85 cm a 100.0 oC. ¿Cuál seria la temperatura si la columna tuviera una longitud de (a) 16.70 cm y (b) de 20.50 cm? 7. La temperatura original en la escala Celsius definía al punto de congelación del agua como 100o y al punto de ebullición como 0o. ¿Qué temperatura de esa escala corresponde a 35 oC de nuestra presente escala Celsius? 8. ¿A que temperatura tanto la escala Celsius como la Fahrenheit registraran el mismo valor? 9. Una carretera de concreto esta construida a base de trozos de 14 cm de largo (20 oC). Que tan ancha debe ser la abertura de expansión (a 20 oC) entre los trozos para prevenir el pandeo, si el rango de temperatura es de -30 oC a +50 oC? 10. Súper invar, que es una aleación hecha a base de hierro y níquel, es un material muy resistente con un coeficiente de expansión termal muy bajo (0.2 x 10-6 (Co)-1). Una muestra de 2.0 m de largo hecha con esta aleación se usa para hacer mediciones muy sensibles con láser, las cuales requieren altas tolerancias. ¿Cuánto se expenderá esta muestra de aleación si la temperatura se incrementa 5.0 oC? 11. Para asegurar un levante perfecto, los remaches son mas grandes que el agujero en el cual se introducen y el remache normalmente se enfría (en hielo seco) antes de introducirse en el agujero. Un remache de acero de 1.871 cm de diámetro debe introducirse en un agujero de 1.869 cm de diámetro. ¿A que temperatura debe enfriarse el remache para que quepa en el agujero que se encuentra a 20oC? 12. Un vaso ordinario se llena hasta el borde con 350 ml de agua a 100 oC. Si la temperatura decrece a 20 oC, ¿cuánta agua se puede añadir al vaso? 13. Se ha observado que 65 ml de agua a 20 oC llenan completamente un vaso hasta el borde. Cuando el vaso y el agua se calientan a 60 oC, 0.35 g del agua se derrama. (a) ¿Cuál es el coeficiente de expansión volumétrica del vaso? (b) ¿Cual será la sustancia probable que contiene el vaso? La densidad del agua a 60 oC es de 0.9324 g/ml. 14. Una esfera de cuarzo tiene 14.5 cm de diámetro. ¿Cual será el cambio que sufra su volumen si se calienta de 30 oC a 200 oC? 15. Un tapón de cobre (latón) debe colocarse en un anillo hecho de hierro. A temperatura ambiente, el diámetro del tapón es de 8.753 cm y el diámetro interno del anillo es de 8.743 cm. ¿A que temperatura deben calentarse ambos de tal modo que embonen perfectamente? 16. Una barra de aluminio tiene la longitud deseada precisamente cuando se encuentra a los 15 oC. Cuanto estrés se requiere para mantenerla a esta longitud si la temperatura se incremente a 35 oC? 17. Una barra horizontal de acero tiene un área transversal de 0.031 m2, y esta conectada de manera rígida con dos vigas de acero verticales. Si la barra se coloca cuando la temperatura es de 30 o C, ¿Qué estrés se desarrolla en la barra cuando la temperatura desciende a -30oC? (b) ¿Se rebasa la fuerza máxima de compresión que puede soportar el acero? (c) ¿Qué estrés se desarrollaría si la barra fuera de concreto y tuviera un área transversal de 0.13 m2? ¿Se fracturará? 18. Un barril de vino de 134.122 cm de diámetro a 20 oC es rodeado con una banda de hierro. La banda circular tiene un diámetro interno de 134.110 cm a 20 oC. Tiene 8.9 cm de ancho y un grosor de 0.65 cm. (a) ¿A que temperatura debe calentarse la banda para que pueda contener al barril? (b) ¿Cuál será la tensión que sufra la banda cuando esta se enfríe a 20 oC? 19. Convierte las siguientes temperaturas a Kelvin: (a) 86 oC, (b) 78 oF, (c) -100 oC, (d) 5,500 oC. 20. ¿A que temperatura equivale el cero absoluto en la escala Fahrenheit? 21. Las temperaturas encontradas en el centro de la tierra y del sol son de 4,000 oC y 15 x106 oC, respectivamente. (a) ¿A cuanto equivalen estas temperaturas en grados Kelvin? (b) ¿Qué porcentaje de error habría en cada caso si la persona olvidara convertir las temperaturas a Kelvin? temperatura se incrementa a 50.0 oC, ¿Cuál deberá ser la nueva presion del gas? 29. El globo de helio, de un niño se le escapa al nivel del mar y a una temperatura de 20 oC. Cuando alcanza una altura de 300 m, donde la temperatura es de 5 oC y la presion es solo de 0.7 atm, ¿Cómo será el nuevo volumen del globo si lo comparamos con el volumen inicial del mismo? 30. Una burbuja de aire localizada en el fondo de un lago de 43.5 m de profundidad tiene un volumen de 1.00 cm3. Si la temperatura en el fondo es de 5.5 oC y en la superficie es de 21.0 oC, ¿Cuál será el volumen de la burbuja justo antes de alcanzar la superficie? 31. Calcula el número de moléculas/m3 que hay en un gas ideal a STP. 32. ¿Cuántos moles de agua hay en un litro? ¿Cuántas moléculas? 22. Si 3.00 m3 de gas inicialmente a condiciones estándares de presion y temperatura (STP), se coloca bajo una presion de 4.00 atm, y la temperatura del gas se eleva hasta 38.0 oC, ¿Cuál será el nuevo volumen que ocupe el gas? 33. Estima el número de (a) moles, y (b) las moléculas de agua que hay en los océanos de la tierra. Asume que el agua cubre el 75% de la superficie de la Tierra a y a una profundidad de 3 km. (Nota: el radio de la tierra es de 6.38 x 106 m) 23. Calcula la densidad del oxigeno a STP usando la ley ideal de los gases. 34. Una caja cúbica con un volumen de 3.9 x 10-2 m3 se llena con aire a presion atmosférica y a 20 oC. La caja se cierra y se calienta a 180 oC ¿Cuál es la fuerza neta en cada uno de los lados de la caja? 24. Un tanque de almacenamiento a STP contiene 18.5 kg de nitrógeno (N2). (a) ¿Cuál es el volumen del tanque? (b) ¿Cuál será la presion si se adicionan 15.0 kg de nitrógeno al tanque? 25. Si 25.50 moles de gas helio se encuentran a 10 oC y la presion manométrica es de 0.350 atm, calcula (a) el volumen del gas helio bajo estas condiciones, y (b) la temperatura si el gas es comprimido justo a la mitad del volumen que ocupaba cuando la presion manométrica es de 1.00 atm. 26. ¿Cuál es la presion existente en el interior de un contenedor de 50.0 L lleno con 105.0 kg de gas argon a 20 oC? 27. Una llanta se llena con aire a 15 oC para dar una presion manométrica de 220 kPa. Si la llanta alcanza una temperatura de 38 oC, ¿Qué parte del aire original debe ser removido de la llanta, si queremos que la presion de 220 kPa se mantenga? 28. Si 55.0 L de oxigeno a 18 oC y a una presion absoluta de 2.45 atm se comprimen para dar un volumen de 48.8 L y al mismo tiempo la 35. Calcular la velocidad de los átomos de helio que se encuentran cerca de la superficie del sol a una temperatura de 6,000 K. 36. (a) ¿Cuál es la energía cinética traslacional promedio de una molécula de nitrógeno a STP? (b) ¿Cuál es la energía cinética traslacional total de un mol de moléculas de N2 a 20 oC? 37. Doce moléculas tienen las siguientes velocidades, expresadas en unidades arbitrarias: 6, 2, 4, 6, 0, 4, 1, 8, 5, 3, 7, 8. Calcula su velocidad media. 38. Un gas se encuentra a 0 oC ¿a cuánto debe elevarse la temperatura para duplicar la velocidad de sus moléculas? 39. La velocidad de las moléculas de un gas a 20 oC se incrementa en un 2%, ¿a cuanto debe elevarse la temperatura? 40. Si la presion en un gas se duplica, mientras su volumen se mantiene constante. ¿Cuántas veces se incrementa o reduce su velocidad?