TALLER DE FÍSICA TERMICA SECCIÓN A 1. Un bloque de cobre

TALLER DE FÍSICA TERMICA
SECCIÓN A
1. Un bloque de cobre se coloca en contacto térmico con un bloque de hierro que tiene mayor
temperatura. Los bloques tienen la misma masa y el intercambio de energía con el medio ambiente
puede considerarse como despreciable. Seleccione, ¿Cuál o cuáles de las siguientes opciones serán
verdad respecto de las magnitudes del cambio de la energía interna y del cambio de la temperatura de
cada bloque al llegarse al equilibrio térmico?
Cambio de la energía interna
Cambio de la temperatura
A.
igual
igual
B.
desigual
igual
C.
igual
desigual
D.
desigual
desigual
2. Una tira bimetálica está hecha de latón y hierro como se indica abajo. A la temperatura ambiente,
está derecha.
Los coeficientes de dilatación lineal para el latón y el hierro son los siguientes: latón = 2.4 x 105 K-1
hierro = 1.1 x 105 K-1
Escoja, ¿Cuál de lo siguiente establece correctamente lo que sucederá cuando la temperatura de la tira se
aumenta o disminuya?
Temperatura de la tira aumentada
Temperatura de la tira disminuida
A. Se dobla hacia abajo
Se dobla hacia arriba
B. Se dobla hacia abajo
se dobla hacia abajo
C. Se dobla hacia arriba
se dobla hacia arriba
D. Se dobla hacia arriba
se dobla hacia abajo
3. Cuando se deja enfriar una barra metálica caliente. Indique, ¿Cuál es la alternativa correcta?
A. su densidad disminuye
B. su densidad permanece igual
C. su densidad aumenta
D. su densidad disminuye y después aumenta
4. Una varilla de hierro es más larga que la otra según se indica en la figura. Ambas están a la misma
temperatura.
Sus temperaturas se aumentan ahora la misma cantidad. Identifique, ¿Qué será cierto acerca de los
cambios de longitud de las dos varillas?
A. los cambios serán iguales
B. el cambio será mayor para la varilla más larga
C. el cambio será mayor para la varilla más corta
D. ninguna de las varillas cambiará de longitud
5. Seleccione la alternativa correcta. El frasco de Dewar se lo utiliza para eliminar las pérdidas de calor
por:
A. conducción solamente
B. convección solamente
C. radiación solamente
D. conducción, convección y radiación
6. Seleccione la alternativa correcta. El cuerpo humano pierde energía a su entorno por:
A. conducción y convección solamente
B. convección y radiación solamente
C. conducción y radiación solamente
D. conducción, convección y radiación
7.
El diagrama muestra el gráfico de la fuerza interatómica en función de la distancia para un par de
átomos en un sólido.
Fuerza
Distancia
Q
0
R
Escoja, ¿Qué característica del gráfico ayuda a explicar el fenómeno de la expansión del sólido con el
aumento de temperatura?
A. el gradiente de la curva en el punto Q
B. el gradiente de la curva en el punto R
C. el hecho de que el gráfico no es simétrico alrededor del punto R
D. el hecho de que el gráfico no es lineal en la región del punto Q
8. La figura muestra una placa rectangular de bronce ( zona oscura ) en la que se ha recortado un
agujero, también rectangular, de dimensiones x e y como se indica. Si la placa se calienta
uniformemente:
x
y
Indique, ¿Qué será cierto acerca de las dimensiones x e y?
A. x aumentará e y disminuirá
B. tanto x como y disminuirán
C. x disminuirá e y aumentará
D. tanto x e y aumentará
9. Se están considerando tres productos como posibles aislantes térmicos. Los espesores y
conductividades de los tres productos son los siguientes:
Conductividad/unidades arbitrarias
Espesor/unidades arbitrarias
producto I
12
4
producto II
6
6
producto III
4
2
Para un área de sección transversal dada, seleccione, ¿Qué producto sería el mejor aislante térmico?
A. producto I
B. producto II
C. producto III
D. los tres darían el mismo aislamiento
10. El diagrama muestra las cuatro etapas de un ciclo termodinámico. ¿Cuál de las siguientes alternativas
describe el proceso A  B ?
A. expansión isotérmica.
B. compresión isotérmica.
C. expansión adiabática.
D. compresión adiabática.
11.
A.
B.
C.
D.
¿Cuál de las siguientes opciones define la energía interna de un sistema?
la energía térmica total ganada por el sistema durante la fusión y la ebullición.
la suma de las energías potencial y cinética de las partículas del sistema.
el trabajo externo total realizado sobre el sistema durante la fusión y la ebullición.
el cambio en la energía potencial del sistema que ocurre durante la fusión y la ebullición.
12. La gráfica siguiente muestra la variación con el volumen V de la presión P de un gas durante un ciclo
termodinámico. ¿Durante cuál de los procesos PQ, QR, RS y SP, realiza el gas trabajo externo?
A. PQ sólo.
B. RS sólo
C. QR y RS sólo.
D. PQ y RS sólo.
13.
A.
B.
C.
D.
Si un gas se expande rápidamente, el proceso será aproximadamente:
isobárico.
isotérmico.
adiabático.
isovolumétricos.
14. Al comprimir un gas dentro de un cilindro a temperatura constante mediante un pistón la presión del
gas aumenta. Considere las siguientes tres afirmaciones:
I. El ritmo al que las moléculas chocan con el pistón aumenta.
II. La velocidad media de las moléculas aumenta.
III. Las moléculas chocan entre sí con más frecuencia.
¿Qué afirmación o afirmaciones explican correctamente el incremento de la presión?
A. I solamente
B. II solamente
C. I y II solamente
D. I y III solamente.
15. Un volumen fijo de gas ideal está a una temperatura de 27 0C. Para duplicar la presión a volumen
constante, la temperatura deberá:
A. disminuirse hasta menos de 123 0C.
B. disminuirse hasta 13,5 0C.
C. aumentarse hasta 54 0C.
D. aumentarse hasta 327 0C.
16. La línea continua del gráfico siguiente representa los cambios de presión y volumen que experimenta
un gas ideal en una expansión isotérmica.
Presión
expansión
isotérmica
expansión no
isotérmica
A.
B.
C.
D.
Volumen
La línea de trazos representa los cambios de presión y volumen en una expansión que no es
isotérmica. En la expansión no isotérmica, la energía interna del gas:
aumenta.
disminuye.
permanece igual.
cambia, pero tan sólo a partir del gráfico no puede determinarse si aumenta o disminuye.
17.
A.
B.
C.
D.
Al comprimir un gas adiabáticamente el trabajo que se ejerce sobre el gas es:
cero.
inferior al cambio sufrido por la energía interna, pero sin ser cero.
igual al cambio sufrido por la energía interna.
mayor que el cambio sufrido por la energía interna.
18.
A.
B.
C.
D.
La energía absorbida por un gas ideal durante una expansión isotérmica es igual:
al trabajo realizado por el gas.
al trabajo realizado sobre el gas.
al cambio en la energía interna del gas.
a cero.
19. Un gas se somete a un proceso adiabático cíclico A  B  C  A como se muestra en el
diagrama P-V. El trabajo realizado por el gas durante un ciclo completo es:
A. 24 kJ
B. 12 kJ
P(kPa)
C. 6 kJ
B
D. 4 kJ
8,0
2,0
A
C
6,0
10,0
V(m3)
20. Un gas está contenido en un cilindro mediante un émbolo móvil. Cuando se comprime el gas
rápidamente mediante el pistón, aumenta la temperatura del gas. Esto puede comprenderse por el
hecho de que las moléculas del gas:
A. están siendo empujadas más cerca una de otra.
B. chocan más a menudo una con otra.
C. tienen ahora menor volumen en que moverse.
D. han ganado energía del émbolo móvil.
21. Un gas ideal se expande isotérmicamente, absorbiendo una cantidad de energía Q, en el proceso.
Después vuelve a su volumen inicial adiabáticamente. Durante el proceso adiabático, el cambio de
energía interna del gas será:
A. cero.
B. menor que Q.
C. igual a Q
D. mayor que Q.
22. El diagrama P-V muestra dos isotermas correspondientes a una masa fija de un gas ideal a
temperaturas TX y TY. ¿Cuál de las expresiones que siguen es la correcta?
P
TY
TX
A.
B.
C.
D.
TX > TY.
TX < TY.
V
TX = TY.
Las temperaturas no pueden compararse partiendo de un diagrama P-V solamente.
23. ¿Cuál de los siguientes diagramas representa correctamente las direcciones en que se producen las
transferencias de energía que tienen lugar en una bomba de calor?
24. El gráfico que sigue representa la variación de la presión con respecto al volumen de un sistema.
El trabajo realizado para comprimir el gas de R a P es:
A. 5,0 x 105 J
B. 4,5 x 105 J
C. 3,0 x 105 J
D. 0 J
25. Un gas ideal se encierra en un cilindro dotado con un pistón como se muestra. Las paredes del
cilindro son conductores térmicos. El gas se comprime isotérmica mente empujando el pistón
lentamente.
A.
B.
C.
D.
En este proceso, la energía térmica intercambiada con los alrededores será:
cero.
menos que el trabajo realizado.
igual al trabajo realizado.
mayor que el trabajo realizado.
26. ¿Cuál de las siguientes opciones describe correctamente los cambios, si los hay, de la energía cinética
y de la energía potencial de las moléculas de un líquido cuando está en ebullición?
Energía cinética
Energía potencial
A. aumenta
aumenta
B. aumenta
permanece constante
C. permanece constante
aumenta
D. permanece constante
permanece constante
27. Se comprime a temperatura constante una cantidad fija de un gas ideal. La mejor explicación para el
aumento de presión es que las moléculas:
A. están moviéndose más rápidamente.
B. están chocando más frecuentemente contra las paredes del recipiente.
C. se ejercen mutuamente fuerzas mayores.
D. están chocando más frecuentemente entre ellas.
28. Se calienta continuamente un vaso con agua hirviendo. El vapor se escapa al entorno. ¿Cuál de las
siguientes respuestas indica correctamente los cambios en entropía del agua hirviendo y del entorno?
Agua hirviendo
Entorno
A. aumenta
constante
B. aumenta
aumenta
C. disminuye
constante
D. disminuye
aumenta
0
29. Una bola metálica a temperatura de 200 C está suspendida dentro de un recipiente en el que se ha
hecho vacío (evacuado). Las paredes del recipiente se mantienen a una temperatura constante de
1000C .
¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la temperatura de la bola es correcta?
I.
La bola, al final, llegará al cero absoluto.
II.
0
La bola seguirá a 200 C .
0
III.
La bola finalmente llegará a 100
IV.
La bola, al final, alcanzará una temperatura entre 200 C y 100 C .
C.
0
0
30. Un gas ideal se expansiona isotérmicamente, realizando un trabajo externo de 2500 J . La energía
térmica absorbida por el gas en este proceso es:
A. cero.
B. Menor que 2500 J .
C. Igual a 2500 J .
D. Mayor que 2500 J .
31. Un recipiente bien aislado está dividido por un tabique en dos partes con igual volumen. Una de ellas
contiene un gas ideal y en la otra se ha hecho el vacío, como se muestra la figura.
Entonces, se retira el tabique. ¿Cuál de las siguientes opciones indica correctamente los cambios, si los
hay, que tienen lugar en la energía interna y en la entropía del gas?
Energía interna
Entropía
A. no cambia
no cambia
B. no cambia
aumenta
C. disminuye
no cambia
D. disminuye
aumenta
32. Un ingeniero naval propone generar energía para impulsar barcos inventando para ello un motor que
admita agua del mar, extraiga algo de su energía interna y la utilice para impulsar el barco. El agua
enfriada resultante se enviará de vuelta al mar. ¿Cómo se relacionan la primera y la segunda ley de la
termodinámica con el proceso que se propone?
Primera ley
Segunda ley
A. Se cumple
Se infringe
B. Se cumple
Se cumple
C. Se infringe
Se infringe
D. Se infringe
Se cumple
33. Un gas encerrado se encuentra originalmente a 27° C y a una cierta presión. El volumen del gas pasa
seguidamente a ser el doble, como se muestra.
A fin de restablecer la presión a su valor original, ¿a qué valor tiene que ajustarse la temperatura, para
este nuevo volumen?
A.
B.
C.
D.
–123° C
13,5° C
54° C
327° C
34. El número másico del helio es 4 mientras que para el neón es 20, siendo ambos gases monoatómicos.
Al encontrarse ambos gases a la misma temperatura, la razón de las velocidades medias de los
átomos de helio con respecto a los átomos de neón será:
A. 1 : 1
B.
5 :1
C. 5 : 1
D. 25 : 1
35. Al aumentar el volumen de un gas encerrado a una temperatura constante, la presión que ejerce el
gas en la pared del contenedor disminuye. Considere los siguientes enunciados como posibles
explicaciones:
I. La velocidad media con la que las moléculas de gas chocan contra las paredes disminuye.
II. El ritmo al que las moléculas chocan contra una determinada área de las paredes disminuye.
La disminución de la presión se explica mediante:
A. I solamente.
B. II solamente.
C. I y II.
D. ni  ni II.
36. Un gas está contenido en un cilindro mediante un émbolo móvil. Cuando se comprime el gas
rápidamente mediante el pistón, aumenta la temperatura del gas. Esto puede comprenderse por el
hecho de que las moléculas del gas:
A. están siendo empujadas más cerca una de otra.
B. chocan más a menudo una con otra.
C. tienen ahora menor volumen en que moverse.
D. han ganado energía del émbolo móvil.
La siguiente información se refiere a las preguntas 37 y 38.
Una sustancia se calienta con un valor constante de transferencia de energía. Abajo se muestra un
gráfico de su temperatura en función del tiempo.
temperatura
P
N
L
O
M
K
37.
A.
B.
C.
D.
¿Qué regiones del gráfico corresponden a la sustancia existiendo como mezcla de dos fases?
Kl, MN y OP.
LM y NO
Todas las regiones.
Ninguna región.
38.
A.
B.
C.
D.
¿En qué región del gráfico es mayor el calor específico de la sustancia?
KL
LM
MN
OP
tiempo
39. Un globo de helio tiene un volumen de 15 m3 cuando la temperatura del aire es de 20 0C. se supone
que la funda del globo no se ensancha en ningún momento y que no se escapa ninguna energía
térmica. Cuando la presión atmosférica es 0,8 de lo que era antes y la temperatura del aire es 15 0C, el
globo tendrá un volumen de:
A. 14 m3.
B. 18 m3.
C. 19 m3.
D. 25 m3.
40. Se muestra la distribución de velocidades moleculares de un gas ideal a dos temperaturas distintas.
NV
I
II
A.
B.
C.
D.
VA
VB
¿Cuál de las siguientes afirmaciones no es cierta?
La curva II representa el gas a una temperatura más alta que la indicada por la curva I.
El área debajo de cada curva representa el número total de moléculas en el gas.
VB es la velocidad más probable de las moléculas del gas representadas por la curva II.
VA representa la velocidad media de las moléculas del gas representadas por la curva II
V
41. Considere un gas dentro de un cilindro vertical, el cual va dotado con un émbolo, y que sobre éste
último se colocan pesos. Cuando el gas se encuentre a 27 0C el émbolo se encuentra en equilibrio a
una altura h por encima de la base del cilindro, tal y como se muestra en la siguiente figura. ¿A qué
valor deberá aumentar la temperatura del gas para que el émbolo se encuentre en equilibrio a una
altura 2h por encima de su base?
A. 54 0C
B. 150 0C
C. 327 0C
D. 600 0C
42. Al comprimir un gas adiabáticamente el trabajo que se ejerce sobre el gas es:
A. cero.
B. inferior al cambio sufrido por la energía interna, pero sin ser ceso.
C. igual al cambio sufrido por la energía interna.
D. mayor que el cambio sufrido por la energía interna.
43. Una bala de plomo se dispara contra una placa de hierro donde se deforma y detiene. Como
consecuencia de ello, la temperatura del plomo se incrementa en una cantidad T . ¿Si al producirse
el impacto la bala de plomo tuviera el doble de masa pero la misma velocidad, cuál de las siguientes
sería la estimación más aproximada de su incremento de temperatura?
1
T
2
B. T
C. 2T
D. 2T
A.
44. Se mezclan masas iguales de agua y de alcohol que inicialmente están a diferentes temperaturas. El
calor específico del agua es mayor que el del alcohol. La temperatura final de la mezcla será:
A. igual a la suma de las dos temperaturas originales.
B. justo a medio camino entre las dos temperaturas originales.
C. más cerca de la temperatura original del agua que de la del alcohol.
D. más cerca de la temperatura original del alcohol que de la del agua.
45.
A.
B.
C.
D.
El sentido de transferencia de la energía térmica entre dos cuerpos en contacto depende de sus:
superficies.
masas.
calores específicos.
temperaturas.
46.
A.
B.
C.
D.
La energía absorbida por un gas ideal durante una expansión isotérmica es igual:
al trabajo realizado por el gas.
al trabajo realizado sobre el gas.
al cambio en la energía interna del gas.
a cero.
47. Un líquido está contenido en un plato de poca profundidad en contacto con la atmósfera. El ritmo de
evaporación del líquido no depende de:
A. la temperatura del líquido.
B. la temperatura de la atmósfera.
C. la profundidad del líquido.
D. la presión atmosférica.
48. La ecuación de estado para un gas ideal, PV  nRT , describe el comportamiento de los gases
reales:
A. sólo para presiones bajas y volúmenes grandes.
B. sólo para temperaturas altas.
C. sólo para volúmenes grandes y presiones grandes.
D. para cualquier presión y volumen.
49.
A.
B.
C.
D.
Si la temperatura de un gas ideal disminuye ¿cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera?
las moléculas colisionan con las paredes del recipiente con menor frecuencia.
las moléculas colisionan entre sí con mayor frecuencia.
el tiempo de contacto entre las moléculas y las paredes disminuye.
el tiempo de contacto entre las moléculas aumenta.
50.
A.
B.
C.
D.
Si un gas se expande rápidamente, el proceso será aproximadamente:
isobárico.
isotérmico.
adiabático.
isovolumétrico.
51. La energía térmica se transfiere a través de los cristales de las ventanas de una casa principalmente
por:
A. conducción.
B. radiación.
C. conducción y convección.
D. radiación y convección.
52. Al comprimir un gas dentro de un cilindro a temperatura constante mediante un pistón la presión del
gas aumenta. Considere las siguientes tres afirmaciones:
I.
El ritmo al que las moléculas chocan con el pistón aumenta.
II.
La velocidad media de las moléculas aumenta.
III.
Las moléculas chocan entre sí con más frecuencia.
¿Qué afirmación o afirmaciones explican correctamente el incremento de la presión?
A. I solamente
B. II solamente
C. I y II solamente
D. I y III solamente.
53. La energía térmica puede transferirse:
I.
en un fluido, como resultado de cambios de densidad del fluido.
II.
en una sustancia no metálica, como resultado de las vibraciones de la red.
¿Cuál de las siguientes opciones identifica correctamente cada una de esas transferencias energéticas?
Transferencia I
Transferencia II
A. Convección
Convección
B. Evaporación
Convección
C. Convección
Conducción
D. Evaporación
Conducción
54. ¿Cuál de las siguientes opciones no es una suposición en la que se basa el modelo cinético de un gas
ideal?
A. Todas las moléculas se comportan como si fuesen esferas perfectamente elásticas.
B. La velocidad cuadrática media de las moléculas es proporcional a la temperatura kelvin.
C. Salvo que entren en contacto, las fuerzas entre moléculas resultan despreciables.
D. Las moléculas están en movimiento continuo al azar.
55. El calor latente de vaporización de una sustancia se define como la cantidad de energía térmica
necesaria para:
A. convertir un líquido en vapor a presión constante.
B. convertir un líquido en vapor a temperatura constante.
C. convertir una unidad de masa de líquido en vapor a presión constante.
D. convertir una unidad de masa de líquido en vapor a temperatura constante.
56. Un gas contenido en un cilindro equipado de un pistón como se muestra en la siguiente figura.
Cuando el gas es comprimido rápidamente por el pistón, su temperatura asciende porque las
moléculas del gas:
A. se aprietan juntas unas con otras.
B. colisionan entre sí con mayor frecuencia.
C. colisionan con las paredes del contenedor con mayor frecuencia.
D. adquieren energía del pistón en movimiento.
57. Se construye una escala de temperatura utilizando la propiedad X de una sustancia. ¿Cuál de las
siguientes debe ser una característica de la propiedad X?
A. El valor de la propiedad debe ser cero a cero Kelvin.
B. La propiedad debe aumentar al hacerlo la temperatura.
C. La propiedad debe tomar un valor diferente para cada temperatura que vaya a medirse.
D. El valor de la propiedad debe variar linealmente con la temperatura Kelvin.
58. El gráfico a continuación muestra la energía potencial de dos moléculas en función de la distancia
entre las mismas.
Energía
potencial
Distancia
0
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?
A. Los átomos están en su distancia de equilibrio cuando la energía potencial es un mínimo.
B. El área debajo de la parte negativa del gráfico representa la energía requerida para separar
completamente los átomos de su posición de equilibrio.
C. Si los átomos se empujan ligeramente más cerca entre sí cuando están en su posición de equilibrio y
se sueltan luego, los mismos oscilarán alrededor de su posición de equilibrio.
D. El gradiente del gráfico en cualquier punto representa el módulo de la fuerza entre los átomos.
59.
A.
B.
C.
D.
¿Cuál de las siguientes opciones define la energía interna de un sistema?
La energía térmica total ganada por el sistema durante la fusión y la ebullición.
La suma de las energías potencial y cinética de las partículas del sistema.
El trabajo externo total realizado sobre el sistema durante la fusión y la ebullición.
El cambio en la energía potencial del sistema que ocurre durante la fusión y la ebullición.
60. El croquis muestra la sección de una ventana de doble cristal. Los paneles de vidrio están separados
por un espacio de aire que tiene el mismo espesor que los dos paneles de vidrio. La temperatura de la
habitación es mayor que la temperatura exterior.
vidrio
vidrio
habitación
exterior
aire
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es la verdadera?
A. No hay transferencia de energía desde la habitación al exterior
B. La taza de energía transferida a través del cristal es igual a la transmitida a través del espacio de aire
C. La taza de energía transferida a través del cristal es mayor que la transmitida través del espacio de
aire
D. La taza de energía transferida a través del cristal es menor que la transmitida través del espacio de
aire
61. Una sustancia cambia de sólido a líquido a temperatura constante. ¿Cuál de las siguientes es la
descripción correcta de los cambios en la energía potencial interatómica media y la energía cinética
media de las moléculas durante el proceso?
A.
Energía potencial
Energía cinética media
interatómica media
Aumenta
Permanece constante
B.
Permanece constante
Aumenta
C.
Aumenta
Aumenta
D.
Permanece constante
Permanece constante
62. Qué dos valores de temperatura tienen el mayor grado de equivalencia, cuando las temperaturas se
miden en las escalas Kelvin y Celsius?
Escala Kelvin Escala Celsius
A.
40
313
B.
273
100
C.
313
40
D.
273
0
63.
A.
B.
C.
D.
Si la temperatura de un gas ideal disminuye, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera?
Las moléculas colisionan con las paredes del recipiente con menor frecuencia.
Las moléculas colisionan entre sí con mayor frecuencia.
El tiempo de contacto entre las moléculas y las paredes disminuye.
El tiempo de contacto entre las moléculas aumenta.
64.
A.
B.
C.
D.
La conducción es un proceso de transferencia de calor que:
puede tener lugar dentro y a través del vacío
implica el movimiento de masa
es dominante en los sólidos
depende de la cuarta potencia de la temperatura absoluta.
65. Los intervalos de temperatura de un grado Celsius (0C), un Kelvin (K) y un grado Fahrenheit (0F),
están relacionados mediante:
A. 0C = K = 0F
B. 0C = K < 0F
C. 0C < K > 0F
D. 0C = K > 0F
66. En el siguiente diagrama muestra la posición del menisco del mercurio en un termómetro clínico?
¿Cuál de los siguientes valores expresa mejor la temperatura indicada, con su incertidumbre?
A. (6,0 ± 0,5)0C
B. (6,1 ± 0,1)0C
C. (6,2 ± 0,2)0C
D. (6,2 ± 0,5)0C
67. Como parte de un experimento para determinar el calor latente de vaporización desagua, un
estudiante hierve un poco de agua en un vaso de precipitados utilizando un calentador eléctrico tal y
como se muestra en la figura.
Vaso de precipitados
Calentador
Agua
El estudiante anota dos fuentes de error.
Error 1: se pierde energía térmica a través de las paredes del vaso de precipitados.
Error 2: cuando el agua está hirviendo, salpica fuera del vaso de precipitados.
¿Cuál de las siguientes opciones indica correctamente el efecto de esos dos errores sobre el valor
calculado para el calor latente?
Error 1
Error 2
A.
Aumenta
Disminuye
B.
Aumenta
No cambia
C.
Disminuye
Aumenta
D.
Disminuye
No cambia
68. Se miden la presión P y el volumen V de una muestra de gas a temperatura constante y se dibuja la
gráfica de P frente a
!
!
. ¿Cuál de las siguientes gráficas se obtendrá si P es proporcional a
y
V
V
existe un error sistemático en la medición P?
A.
B.
P / kPa
P / kPa
C.
P / kPa
1
/ cm 3
V
D.
1
/ cm 3
V
P / kPa
1
/ cm 3
V
1
/ cm 3
V
SECCIÓN B
Mezcla de hielo y agua
2 kg de hielo de una congeladora a -15°C se mezclan con 10 kg de agua a 30°C.
(a) Determinar la temperatura final de la mezcla después de alcanzar el equilibrio. Las pérdidas de
energía al entorno son despreciables. ( 3 puntos )
Datos:
Calor específico del hielo
Calor específico del agua
Calor latente de fusión del hielo
= 2,1x 103 J.kg-1.°C-1
= 4,2x 103 J.kg-1.°C-1
= 3,4x 103 J.kg-1
(b) En la etapa del proceso mientras se funde el hielo, absorbe energía pero su temperatura no aumenta.
Justificar, desde el punto de vista molecular, cómo puede ser esto consecuente con el principio de
conservación de la energía. Decir qué se ha hecho de la energía absorbida.( 2 puntos )
SECCIÓN C
Cambio de fase, calor específico y transferencia de energía térmica.
(a) Con el fin de intentar medir la energía suministrada por un quemador doméstico de gas, se calentó
una cierta masa medida de agua en un recipiente de aluminio hasta que hirvió. Al alcanzarse el
punto de ebullición se activó un cronómetro y el agua se hirvió durante un intervalo de tiempo
medido. Después de dicho intervalo el recipiente se quitó del quemador y se anotó su masa junto
con la del agua.
Se dispone de la siguiente información:
Masa del recipiente vacío
Masa del agua más la del recipiente al principio
Masa del agua más la del recipiente después hervir
Periodo de tiempo durante el que hierve el agua
Calor latente de vaporización del agua
Calor específico del agua
a)
b)
c)
d)
= 250 g
= 1.250 g
= 850 g
= 15 min
= 2,3x106J.kg-1
=4.200J.kg-1.K-1
¿Qué masa de agua hierve y se evapora en el transcurso de 15 min.?
¿Cuánta energía se requiere para hervir y vaporar esta masa de agua?
Muestre que se suministra energía térmica al recipiente y al agua a un ritmo de 1.000 W.
Explique por qué el ritmo al que el quemador suministra energía será, en realidad, más de 1.000
W.
(b) Utilice los datos complementarios que se muestran seguidamente para mostrar que la temperatura de
la superficie inferior de la base del recipiente (identificada por A en el diagrama) es tan sólo de unos
0.6°C más que la temperatura del agua hirviendo.
Datos:
Conductividad térmica del aluminio
Superficie de la base del recipiente
Grosor de la base del recipiente
= 200 W.m-1K-1
= 5,0x10-2 m2
= 6,0 mm
(c) La temperatura real del quemador es de unos 600°C. Sugiera las razones por las que la superficie
inferior de la base del recipiente no está a la misma temperatura que el quemador.
(d) Ahora se efectúa otro experimento para medir el calor específico del aluminio, para lo que se
calienta en el recipiente una masa medida de agua fría hasta una temperatura de 90°C. Suponiendo
que el quemador suministra energía al agua a un ritmo de 1.000 W, utilice los datos que siguen para
determinar un valor para el calor específico del aluminio.
Datos:
Masa del recipiente vacío
= 250 g
Masa del recipiente más agua
= 1.250 g
Temperatura inicial del agua
= 20 °C
Temperatura final del agua
= 90 °C
Tiempo para que al agua llegue a la temperatura final
= 315 s
Calor específico del agua
= 4.200 J.kg-1.K-1
SECCIÓN D
Esta sección trata sobre la temperatura, la energía interna y la termodinámica.
(a) Dos objetos sólidos se ven sometidos a un mismo cambio de temperatura. Un estudiante afirma que el
cambio en la energía interna de ambos objetos será el mismo. Discuta brevemente esta afirmación.
(b)
(i) Indique la segunda ley de la termodinámica en términos del cambio de entropía.
(ii) Cuando se forma un cristal de hielo a partir de agua líquida, la entropía del agua disminuye. Discuta
el cambio de entropía haciendo referencia a la segunda ley.
(c) El diagrama muestra la relación existente entre la presión P y el volumen V de una gas ideal, que
experimenta un ciclo de Carnot ABCDA.
Para el cambio entre B y C,
(i) indique el nombre del cambio.
(ii) Discuta las transferencias de energía, haciendo referencia a la primera ley de la termodinámica.
SECCIÓN E
Esta sección es acerca de un proceso termodinámico.
(a) En el diagrama de abajo, dibuje las flechas para mostrar las transferencias de energía asociadas a una
bomba de calor.
(b) El diagrama de abajo, muestra la relación entre la presión P y el volumen V de una sustancia de
trabajo en la bomba de calor para un ciclo de su operación.
(i) La sustancia de trabajo en el punto C del ciclo es en fase líquida. Indique la razón por que los
cambios del C  D y del D  A son cambios isobáricos e isotérmicos.
(ii) Describa durante cual el proceso del ciclo se absorbe energía del depósito frío y durante qué proceso
se transfiere energía al depósito caliente.
(iii) Describa cómo el valor del trabajo hecho durante un ciclo se puede determinar del diagrama PV.
SECCIÓN F
Esta sección trata sobre la dilatación del hierro.
Un puente de hierro está construido en tres secciones, cada una de ellas de 25 m de longitud. Puesto que
la temperatura varía a lo largo de un día, y de un día a otro, se han dejado espacios huecos al final de cada
sección, como se muestra en la siguiente figura.
Carretera
Sección 1
Sección 2
Sección 3
(a) Explique ¿Por qué se han dispuestos espacios huecos en el puente y describa lo que ocurriría si no
hubiere tales espacios?
(b) La carretera está fija en cada extremo del puente. Si el coeficiente de dilatación lineal del hierro es
1,31 x 10-5 0C-1, calcule el tamaño que debería tener cada hueco a – 10 0C para permitir una variación
en la temperatura de -10 0C hasta +50 0C.
(c) El gráfico que se muestra a continuación muestra la energía potencial eléctrica interatómica frente a
la distancia, entre átomos de hierro.
Energía
potencial
eléctrica
Distancia interatómica
Explique con la ayuda del gráfico por qué se dilata levemente cuando aumenta su temperatura.
SECCIÓN H
Esta sección trata de la termodinámica de un proceso en un gas, con dos etapas.
Esta pregunta trata de los cambios en la presión, el volumen y la temperatura de un gas ideal.
Un gas ideal es confinado en un cilindro equipado con un émbolo móvil. El gas experimenta dos
procesos, a saber:
Primer proceso:
El gas, inicialmente en el estado 1, se somete a una expansión a temperatura constante T1 hasta
duplicar su volumen. Este es el estado 2. Ambos estados se representan en el diagrama de más abajo.
Cambio a
temperatura
constante
Estado 2
Presión: P2 = ?
Volumen: V2 = 2V1
Temperatura: T2 = T1
Estado 1
Presión: P1
Volumen: V1
Temperatura: T1
(a) Utilizando los ejes representados a continuación, dibuje un gráfico para mostrar cómo se relacionan
entre sí la presión y el volumen en este proceso. Se muestra el punto para el estado 1. Rotule el
estado alcanzado como estado 2.
Presión
P1
V1
Volumen
(b) Explique en términos del movimiento de las moléculas del gas, por qué la presión disminuye cuando
el volumen aumenta.
(c) Explique si en este proceso:
(i) el trabajo es realizado por el gas o sobre el gas.
(ii) cambia la energía interna del gas, o no.
(iii) la energía térmica fluye hacia el gas o hacia afuera del gas.
(d) Explique cómo se relaciona el trabajo realizado, si es que lo hay, con la transferencia de energía
térmica.
Segundo proceso:
Ahora el émbolo se mantiene fijo y el gas se calienta hasta que la presión vuelve a alcanzar su valor
original P1. Ello corresponde al estado 3 y se representa en el siguiente diagrama.
Cambio a
volumen
constante
Estado 3
Presión: P3 = P1
Volumen: V3 = 2V1
Temperatura: T3 = ?
Estado 2
Presión: P2 = ?
Volumen: V2 = 2 V1
Temperatura: T2 = T1
(e) Utilizando los ejes indicados más abajo, dibuje un gráfico para mostrar cómo varía la presión con la
temperatura absoluta en este proceso. Se muestra el punto para el estado 2. Identifique el estafo
alcanzado como estado 3.
Presión
P2
T1
Temperatura absoluta
(f) Explique en términos de los movimientos de las moléculas del gas, por qué aumenta la presión al
calentar el gas.
(g) Explique si para este proceso:
(i) se realiza trabajo.
(ii) cambia la energía interna del gas.
(h) Si la temperatura inicial del gas en el estado 1 es de 300 C, determine la temperatura del gas en el
estado 3, tras experimentar ambos procesos.
SECCIÓN I.
Esta sección trata sobre un ciclo termodinámico.
Una masa fija de un gas se somete a varios cambios de temperatura, presión y volumen, de tal forma que
ejecuta el ciclo P-V que se muestra en la siguiente figura.
Presión /x 105 Pa
X
2,0
1,0
0,0
Z
Y
1,0
4,0
Volumen /x 10-3 m3
Durante el ciclo tiene lugar la siguiente secuencia de procesos.
el gas se expande a temperatura constante y absorbe energía de un foco, realizando 450 J
X Y
de trabajo
el gas se comprime y se transfieren 800 J de energía térmica del gas a un foco.
Y Z
el gas vuelve a su estado inicial absorbiendo para ello energía de un foco.
ZX
(i) ¿Se produce un cambio en la energía interna del gas durante el proceso X  Y ?. Explique su
respuesta.
(ii) ¿Es la energía absorbida por el gas durante el proceso X  Y menos de, igual que, o más de 450
J?
(iii) Explique su respuesta.
(iv) Utilice la gráfica para determinar el trabajo realizado sobre el gas durante el proceso Y  Z .
(v) Determinar el cambio de energía interna del gas durante el proceso Y  Z .
(vi) ¿Cuánta energía térmica absorbe el gas durante el proceso Z  X ?. Explique su respuesta.
(vii) ¿Qué cantidad está representada por el área de la superficie encerrada por el gráfico?. Estime su
valor.
(viii)
El rendimiento global de una máquina térmica se define como:
Si este ciclo P-V representa el ciclo de una máquina térmica específica, determine el rendimiento de
la máquina térmica.
SECCIÓN J
Esta sección trata sobre máquinas térmicas.
En una máquina térmica ideal, una masa fija de gas experimenta ciertos cambios de temperatura, presión
y volumen. En el diagrama de más abajo se muestra el ciclo P-V ( A  B  C  D  A )
correspondientes a dichos cambios.
presión P/x 105 Nm-2
3,0
1,0
0,0
A
B
D
C
2,0
volumen V/m3
10,0
(a) Utilice la información contenida en el gráfico para calcular el trabajo neto realizado por la máquina
en un ciclo.
(b) En un ciclo, se transfiere un total de 1,8 x 106 J de energía térmica a un foco frío. Calcule el
rendimiento de la máquina.
(c) Utilizando los ejes P-V que se muestran a continuación, esquematice los procesos que tienen lugar
en la masa fija de un gas ideal, durante un ciclo de una máquina de Carnot. (Observe que se trata de
un gráfico esquemático; no necesita añadir ningún valor numérico)
presión P
(d)
volumen V
(i) Indique los nombres de los 2 tipos de procesos que se desarrollan durante un ciclo de una máquina
de Carnot.
(ii) Etiquete la gráfica anterior para indicar qué partes del ciclo se refieren a cada tipo particular de
proceso.
SECCIÓN K.
Una máquina trabaja utilizando una masa aislada de un gas ideal. El gas se comprime
adiabáticamente y, después, se le calienta a volumen constante. El gas gana 310 J de energía durante
el proceso de calentamiento. A continuación, el gas se expande adiabáticamente. Por último, el gas se
enfría, de forma que vuelva a su estado original. Durante el proceso de enfriamiento se extraen 100 J
de energía. El ciclo es como se indica seguidamente.
(a)
(i) Marque flechas en el diagrama que indiquen el sentido de funcionamiento de las diversas etapas del
ciclo.
(ii) Utilizando los datos correspondientes al punto A, calcule el número de moles del gas.
(iii) Determine la temperatura del gas en el punto B del ciclo.
(iv) Indique lo que representa el área ABCD en el diagrama y dé el valor de esta magnitud.
(v) Calcule el rendimiento de la máquina.
SECCIÓN L.
Esta sección trata sobre un motor diesel y el ciclo de Carnot.
El diagrama siguiente muestra los cambios presión-volumen (p-V) del gas, que tienen lugar en un ciclo de
un motor diesel ideal.
A  B y C  D son cambios adiabáticos.
(a)
(ii) Indique qué se entiende por cambio adiabático.
(iii) Indique que representa el área ABCD .
(b) Indique y explique durante qué parte del ciclo ABCD , se proporciona energía térmica al sistema.
Una máquina térmica que opera siguiendo un ciclo de Carnot tiene un rendimiento mayor que el motor
diesel ideal. Cierta máquina de Carnot tiene un foco caliento a 1000 0C y un foco frío a 300 0C.
(c)
(i) Resuma los procesos que tienen lugar en un ciclo de Carnot.
(ii) Calcule el rendimiento de esa máquina de Carnot.
(iii) La potencia útil de salida de la máquina es de 2,0 kW. Calcule el ritmo al que se absorbe la energía
del foco caliente.
SECCION M
Esta sección trata sobre un experimento para medir la temperatura de una llama.
(a) Defina capacidad calorífica.
Un pedazo de metal se sostiene en la llama de un mechero Bunsen por varios minutos. El pedazo de
metal entonces se transfiere rápidamente a una masa de agua contenida en un calorímetro.
Flama
Calorímetr
Agua
Recipiente
Mechero
Bunsen
Aislamiento
térmico
Se mezcla el agua en el que se ha colocado el metal hasta que alcanza una temperatura constante.
(b) Explique porqué:
(i) el metal se transfiere lo más rápidamente posible de la llama al agua.
(ii) se mezcla el agua.
Los siguientes datos son disponibles:
Capacidad calorífica del metal
Capacidad calorífica del agua en el calorímetro
Capacidad calorífica del calorímetro
Temperatura inicial del agua
Temperatura final del agua
82,7 J.K-1
5,46 x 102 J.K-1
54,6 J.K-1
288 K
353 K
(c) Asumiendo insignificantes las pérdidas de energía implicadas en el proceso y utilizando los datos
disponibles, calcule la temperatura T de la llama del mechero Bunsen.
SECCIÓN N
Esta sección trata sobre calor latente.
Se pidió a algunos estudiantes que proyectaran y realizaran un experimento para determinar el calor
latente de vaporización del agua. Los estudiantes dispusieron los aparatos como se indica
seguidamente.
El circuito se cerró y la corriente se mantuvo constante ajustando la resistencia variable. Se anotaron
la lectura del voltímetro y del amperímetro. Una vez hirvió el agua a un régimen constante, se tomó
nota de la lectura de la balanza de platillo superior y, al mismo tiempo, se puso en marcha un
cronómetro. Se volvió a tomar nota de la lectura de la balanza de platillo superior transcurridos 200
segundos y, seguidamente, después de otros 200 segundos.
Se calculó el cambio en la lectura de la balanza de platillo superior durante cada lapso de 200
segundos y, además, se obtuvo una media de los valores. Se calculó la potencia del calentador
multiplicando para ello las lecturas del voltímetro y del amperímetro.
(a) Proponga cómo podrían los estudiantes saber que el agua estaba hirviendo a un régimen constante.
(b) Explique por qué se tomó nota de la lectura de la masa perdida durante el primer lapso de 200
segundos y, posteriormente, de la lectura de la masa pérdida durante el segundo lapso de 200
segundos, en vez de efectuar una sola lectura de la masa perdida durante los 400 segundos.
Los estudiantes repitieron el experimento suministrando diferentes potencias al calentador. Se trazó
posteriormente un gráfico de la potencia del calentador con respecto a la masa de agua pérdida (es
decir, el cambio en la lectura de la balanza) durante 200 segundos. El resultado se muestra en el
gráfico que sigue. (No se muestran las barras que indican las incertidumbres en las mediciones).
(c)
(i) Dibuje en el gráfico de más arriba la línea recta de ajuste óptimo a los datos.
(ii) Determine el gradiente de la línea que ha trazado.
A fin de encontrar un valor para el calor latente de vaporización
P  m.L
donde
L , los estudiantes utilizaron la ecuación:
P es la potencia del calentador y m es la masa del agua evaporada por segundo.
(d) Utilice el resultado obtenido del gráfico para el gradiente a fin de determinar un valor para el calor
latente de vaporización del agua.
(e) De la teoría que sustenta el experimento se desprendería que la línea trazada debería pasar por el
origen de coordenadas. Explique brevemente por qué no pasa la línea por dicho origen.
SECCIÓN O
Esta sección trata de los procesos térmicos que tienen lugar cuando una persona corre.
Cuando corre, una persona genera energía térmica, pero mantiene su temperatura aproximadamente
constante.
(a) Explique y distinga el significado de energía térmica y de temperatura.
(b) El sencillo modelo que sigue puede utilizarse para estimar el aumento de la temperatura de un
corredor, suponiendo que no hay pérdidas de energía térmica.
La masa del corredor la representaremos por un recipiente cerrado conteniendo 70 kg de agua. El
agua se calienta a razón de 1200 W durante 30 minutos. Esto constituye la energía generada por el
corredor.
(i) Demuestre que la energía térmica generada por el calentador es de 2,2 x 106 J.
(ii) Calcule el aumento de temperatura del agua, suponiendo que el agua no pierde energía. El calor
específico del agua es de 4200 Jkg-1K-1.
(c) El aumento de temperatura calculado en (b) podría ser peligroso para el corredor. Resuma 2
mecanismos, distintos a la evaporación, por medio de los cuales el recipiente del modelo podría
transferir energía a los alrededores.
(d) Otro mecanismo diferente, por medio del cual el corredor pierde energía, es la evaporación del sudor.
(i)
Porcentaje de energía generada perdida por sudor:
Calor latente de vaporización del sudor:
50 %
2,26 x 10-1 Jkg-1
Utilizando la información anterior, y su respuesta de (b) (i), estime la masa del sudor evaporada del
corredor.
(ii) Indique y explique un factor que afecte al ritmo de evaporación del sudor de la piel del corredor.
SECCIÓN P
Esta sección trata sobre gases ideales, calor específico y calor latente.
(a)
(i) Indique, en función de la teoría cinética, qué quiere decir gas ideal.
(ii) Explique por qué la energía interna de un gas ideal es solamente energía cinética.
(b) Una masa fija de un gas ideal tiene un volumen de 870 cm3 a una presión de 1,00 x 105 Pa y a una
temperatura de 20,0 0C. Se calienta el gas a presión constante hasta una temperatura de 21,0 0C.
Calcule el cambio de volumen del gas.
(c)
(i) Defina calor específico.
(ii) Explique por qué el calor específico de diferentes substancias, tales como el aluminio y el agua, no
tiene igual valor.
(iii) Explique qué ocurre a las moléculas de un gas ideal cuando la temperatura del gas aumenta a
volumen constante.
(d) Una cierta cantidad de agua a la temperatura θ se vierte en un vaso y se calienta a ritmo constante
hasta que algo de agua haya pasado a vapor. El punto de ebullición del agua es 100 0C.
(i) Utilizando los ejes de más abajo, dibuje un esquema para mostrar la variación de temperatura θ del
agua con el tiempo t. (1 punto)
θ
100 0C
θ 0C
0
t
instante en que
comienza el
calentamiento
instante en el
que el agua
entra en
ebullición
(iii) Describa en términos de cambios energéticos la conducta molecular del agua y el vapor durante el
proceso de calentamiento.
(e) Se comunica energía térmica al agua contenida en el vaso durante 10 minutos, a un ritmo constante
de 400 W. La capacidad calorífica del vaso es despreciable.
(i) Deduzca el hecho de que la energía total proporcionada en 10 minutos es de 2,4 x 105 J.
(ii) Utilizando los datos que siguen, estime la masa de agua vaporizada como consecuencia de ese
calentamiento. (3 puntos)
masa inicial de agua
= 0,3 kg
temperatura inicial del agua θ
= 20 0C
calor específico del agua
= 4,2 x 103 J.kg-1.K-1
calor latente de vaporización del agua
= 2,3 x 106 J.kg-1
(iii) Sugiera una razón por la que dicha masa es sólo una estimación.