Primer examen parcial - División de Ciencias Básicas

ρ V g
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
COORDINACIÓN DE FÍSICA Y QUÍMICA
EXAMEN DEPARTAMENTAL DE PRINCIPIOS DE
TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO (1314)
PRIMER EXAMEN PARCIAL
SEMESTRE 2013 – 1
Sábado 8 de septiembre de 2012, 8:00 horas
Tipo
René Antoine Ferchault de Réaumur (1683 – 1757 )
ρ
. . V . . g; donde: a. s.
ρ
SiV
1m entonces:V
V
. . V . . ;V . .
1
ρ V
ρ..
ρ V
δ ρ V
δ . . ρ
0.917
1m
1.025
. .
0.8946 m
Resolución
1. Una casa en el fondo de una colina se abastece mediante un tanque lleno de agua de 5 [m] de
profundidad, el cual está conectado a la casa por un tubo de 120 [m] de longitud que forma un
ángulo de 60 [°] con respecto a la horizontal, como se muestra en la figura. Si un barómetro de
Torricelli que utiliza mercurio, cuya densidad relativa es 13.6 [1], tiene una altura barométrica en
ese lugar de 52 [cm de Hg], determine la presión absoluta, en [kPa], del agua en la casa.
aguasalada,L. D.
.
.
liquidodesalojado
δ
V
δ..
0.8946m
ú
.
.
%
3. Se tiene un tubo en forma de U abierto por ambos extremos,
como se muestra en la figura. Determine el volumen de
aceite, en mililitros, si su densidad es 683 [kg/m3].
Considere que el diámetro interno de todo el tubo es de 1
[cm].
 = 60 °
z = 19 [cm]
g = 9.78 [m/s2]
P
ρ gh
P
P
δ ρ gh
P
entonces:z
;P
z
P
ρ g z
P
69.164kPa
h
z
Lsenα
13.6
10
kg
m
9.78
m
s
ρ gz; delafigura:h
0.52m
z
69164.16Pa
10
kg
m
9.78
m
s
5m
120m sen60°
Sea T = témpano
ρ .
m
;δ . ;ρ . δ . δ
ρ
V
Supongamosunvolumenunitario,porejemplo:V=1m 0.19
683
1065267Pa
ρ gz ;
1
πd z
4
0.2782m;V
0.0218
ρ gz
10 m 1
π 0.01m
4
0.0218;
0.2782m
. .
0;W
a) La temperatura de la mezcla.
b) La masa de hielo, líquido y vapor.
Sistematermodinámico: contenidodelrecipientedeparedesadiabáticas,
300g masaqueoriginalmenteeravapor ,
m
T
T
100°C
m
2mv 600g masaqueoriginalmenteerahielo ,
T
T
0°C
siT
F
0;W
F

4. En un recipiente, de paredes adiabáticas, se mezclan 300 [g] de vapor de agua a 100 [°C] con el
doble de hielo a 0 [°C]. Sabiendo que el experimento se realiza a nivel del mar y que se alcanza el
equilibrio térmico, determine:
comoesunsistemaaislado:Q
ρ V g
comoestáenequilibrio:∑F
10 V
1065.267kPa
m g
ρ gz; igualando ∶ ρ gz
Lsenα
2. Suponga que la densidad relativa de hielo es 0.917 [1], mientras que la del agua salada es 1.025 [1].
Determine la fracción de un témpano de hielo que queda sobre la superficie del agua.
entonces:W
ρ z
ρ
P ;P
P
Lsenα
ρ
P
dondem
100°C hipótesis ,
Q
sistemaaislado;
0;
entonces:m h
masadevaporquesecondensa
m c T
T
m h
0,
porlotanto:m
m
600g
333
m h
c T
T
h
4186
10
°
2257
SabemosqueelprocesosepuederepresentarcomoPV 100
0 °C
10 P
199.8g
200g
comom
m ,
entoncesquedaunamezcladelíquidoavapora
hipótesiscorrecta m
m
m
m
m
m
600
200 g
300
°
masadelíquidofinal 200 g
masadevaporfinal
m
masadesólidofinal
ρ
m
m
V
Vlíquido [m]
2
4
6
8
ρV; comparandoconelmodelom
ρyb
V
₁W
₁W
₁W
mlíquido y recipiente [g]
15.85
17.71
19.42
20.08
PV
P
.
V
,P
P
2
.
P
.
P V
P ,V
2
.
c
V
0.3
.
tenemosque
.
101325Pa 0.001m
0.3
.
V
V
.
2V
V
m
Conelusodelmétododelmínimodelasumadeloscuadradostenemosque
g
lapendientees:
0.720
ylaordenadaalorigenesb 14.665 g ,
m
g
kg
,ym
14.67 g 720
entonces:ρ 0.72
mℓ
m
.
0.0005m
0.001m
₁
1
V ,V
2
.
.
2V
101325Pa ,
.
.
.
ú

.
masadelíquidofinal .
masadevaporfinal
.
.
6. Un gas experimenta un proceso en el que su presión absoluta (P) varía en función de su volumen
(V) de acuerdo con la siguiente expresión: P V1.3 = constante. Si la presión inicial del gas es 1 [atm]
y su volumen 1 [], determine, en el SI, el trabajo asociado al proceso cuando el gas se comprime a
la mitad del volumen inicial así como la presión en el estado final de dicho proceso.
Sistematermodinámico: gasqueexperimentaelproceso; sistemacerrado.
.
P V
.
comoc
constante
0.0005m
Solución
,
.
.
V
1
V
2
0.001m ,V
c
PdV ,comoP . ,entonces
V
c
V .
dV c
V . dV c
.
V 0.3
c
V .
0.3
PV .
V
0.3
₁W
1
c,dondec
.
Tipo
HendrikAntoonLorentz (1853– 1928 )
b,podemosescribir:
101325Pa,V
5. En el laboratorio de esta asignatura, un grupo de alumnos fue variando el volumen (V) de un
líquido con una bureta, midió la masa (m) del mismo junto con la del recipiente con una balanza y
obtuvo la tabla que se muestra. Con base en ello y con un ajuste de datos experimentales con el
método del mínimo de la suma de los cuadrados, determine:
a) La densidad del fluido, en el SI.
b) La masa del recipiente, en [g].
1atm
.
₁
masadesólidofinal
.
.
,
;
.
.
.
.
%