problemas calor y temperatura parte#1

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?