fisica

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CICLO 2007-II Prohibida su Reproduccin y Venta Pgina 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

CENTRO PREUNIVERSITARIO

SEMANA 10

TEMPERATURA, DILATACIN

Y CALORIMETRA

1. Determine la temperatura a la cual la lectura de un termmetro

Fahrenheit, es exactamente el doble que la obtenida con un termmetro Celsius.

A) 300 F B) 320 F

C) 320 C D) 400 C E) 160 F

SOLUCIN Por dato:

F 2 C

Adems sabemos que:

C F 32

5 9

9F C 32

5

Sustituyendo

92C C 32

5

C 160 Por la condicin de partida: F 320

RPTA.: B

2. Un termmetro de mercurio tiene

una escala que marca 0 X cuando la temperatura es de -10

C y marca 220 X para 100 C. Cuntos grados X corresponden a la temperatura promedio del

cuerpo humano de 37 C?

A) 94 B) 100 C) 114 D) 120 E) 125

SOLUCIN Comparando la escala x con la

escala Celsius.

37 10 x 0

100 10 220 0

47 x

110 220

x 94 RPTA.: A

3. Una varilla de vidrio y otra de

acero tienen la misma longitud a

0 C, y a 100 C sus longitudes se diferencian en 0,2 mm. Determine

la longitud de cada varilla a 0 C. (Los coeficientes de dilatacin lineal para ambos materiales son:

acero=410-6 C-1,vidrio=510-6 C-1)

A) 1 m B) 2 m C) 3 m

D) 4 m E) 5 m

SOLUCIN Como: vidrio acero

Entonces: F vidrio F aceroL L

Por dato: 3

F vidrio F aceroL L 0,2 10 m

4

F vidrio F aceroL L 2 10 m

4vidrio aceroL 1 T L 1 T 2 10

m

4vidrio aceroT.L 2 10

6 4100.L 10 2 10 L 2m

RPTA.: B

4. Se tienen dos varillas A y B

cuyos coeficientes de dilatacin

C x

100

37

- 10

220

x

0

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lineal son A = 1,210-6 C-1 y

B = 1,810-6 C-1. La longitud en

funcin de la temperatura para ambas varillas, se muestra en la figura. Determine la relacin de

las longitudes iniciales LOA / LOB.

A) 1/4 B) 1/3 C) 1/2 D) 3 E) 4

SOLUCIN

De la figura:

L

TgT

Pero:

0L L T

0

LL

T

0Tg L

Entonces:

0A ATg30 L

0B BTg60 L

Dividiendo:

0A

0B

L 1

L 2

RPTA.: C

5. En la figura se muestra la

variacin relativa de la longitud de dos barras de materiales A y B en

funcin de la variacin de sus

temperaturas T con respecto a la temperatura ambiente. Si las dos

barras tienen la misma longitud inicial L0 a la temperatura ambiente, para qu incremento

de temperatura la diferencia de sus longitudes ser de 0,07 % de

la longitud inicial L0?

A) 50C B) 60C C) 70C

D) 80C E) 90C

SOLUCIN Por dato: 0A 0B 0L L L

FA FB 0L L 0,0007L ........(1)

De la figura:

3

A 0 0 AL 2 10 L L T ..(2)

3

B 0 0 BL 1 10 L L T (3)

Dividiendo (2) y (3)

A B2

De (1):

O A 0 B 0L 1 T L 1 T 0,0007 L

4A B T 7 10 ...(4)

20 40 60 80 100

1

2

30

10

L

L

T(C)

B

A

T(C)

LOB

LOA 30

A

B

60

L (cm)

0

T(C)

LOB

LOA 30

A

B

60

L (cm)

0

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Adems de la figura: 0

L

L T

5 1A 2 10 C

, 5 1B 1 10 C

Reemplazando en (4):

T 70C

RPTA.: C

6. La base de una plancha elctrica es una placa de aluminio que tiene un rea de 200 cm a la

temperatura de 20 C. Calcule el aumento del rea de dicha base

(en cm) cuando la plancha est funcionando a 170 C.

(aluminio = 2,3 10-5 C-1)

A) 0,23 B) 0,46 C) 1,15

D) 1,38 E) 2,12

SOLUCIN Sabemos que:

0 f 0A A T T

0 f 0A A 2 T T

6A 200 2 23 10 170 20 2A 1,38cm

RPTA.: D

7. Se desea insertar un anillo de 2 cm de radio interno en un tubo

de 2,1 cm de radio externo. El anillo inicialmente est a 15 C.

Hasta que temperatura se deber calentar el anillo para lograr el

objetivo? El coeficiente de dilatacin lineal del anillo es 10-3 C-1.

A) 45 C B) 50 C

C) 55 C D) 60 C E) 65 C

SOLUCIN Por dato tenemos:

Trabajando con los radios:

r = ro T

r r = ro T 0,1 = 2 . 103 (Tf 15C)

Tf = 65C RPTA.: E

8. Una placa metlica de 100 g y coeficiente de dilatacin lineal

10-4 C-1 recibe 400 caloras de energa calorfica incrementando su rea en 1%. Halle el calor

especfico (en cal/gC) de la placa.

A) 0,04 B) 0,08 C) 0,016 D) 0,02 E) 0,30

SOLUCIN Sabemos que:

0A A T

0

AT

A

40,01 2 10 T

T 50C

Adems: eQ=mC T

Calculando el calor especifico.

Anillo

OT 25C

r 2cm

fT ?

Tubo

1r 2,1cm

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e

QC

m T

e

400 calC

100g 50C

eC 0,08 cal /gC

RPTA.: B

9. Un recipiente de vidrio de

capacidad 2 000 cm est lleno de mercurio. Si la temperatura se

incrementa en 100C, el recipiente alcanza un volumen de 2010 cm. Calcule el volumen

de mercurio que se derrama. (Coeficiente de dilatacin

volumtrica del mercurio es

Hg = 1,810-4 C-1)

A) 10 cm B) 12 cm C) 15 cm D) 26 cm

E) 28 cm

SOLUCIN Calculamos el volumen final del

mercurio:

FHg HgV V 1 T

Hg

4

FV 2000 1 1,8 10 100

Hg

3

FV 2036cm

Adems sabemos que el recipiente alcanza un volumen de:

3

FRecipienteV 2010 cm

Entonces el volumen de mercurio derramado ser:

DerramadoHg FHg FrecipienteV v V

3

DerramadoHgV 26cm

RPTA.: D

10. Un motorcito desarrolla una

potencia 1kW al accionar unas paletas que agitan el agua contenida en un recipiente. Qu

cantidad de energa (en kcal) se le

habr proporcionado al agua de 1 minuto? Considere que toda la

energa suministrada por el motor es absorbida por el agua.

1J 0,24cal

A) 10,2 B) 12,2 C) 14,4 D) 14,4 E) 18,6

SOLUCIN Por dato:

P 1kW

Adems:

Q

P Q Ptt

Q 1kW 60s

Q 60k J

Q 60 0,24cal

Q 14,4 Kcal

RPTA.: C

11. Una masa de 300 g de vapor de agua a 100 C se enfra hasta

obtener hielo a 0 C. Cuntas kilocaloras se le sustrajo en el proceso? (El calor latente de

vaporizacin del agua es 540 cal/g y el calor latente de fusin del

hielo es 80 cal/g)

A) 180 B) 196 C) 216 D) 226 E) 230

SOLUCIN

El calor liberado ser:

total 1 2 3Q Q Q Q

1Q3

Q

2Q

0 C 100 C

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Donde:

1 condQ L m 540 300 162000 cal

2 EQ C m T 1 300 100 30000 cal

3 solidifQ L m 80 300 24000 cal

totalQ 216kcal

RPTA.: C

12. Un recipiente de capacidad calorfica despreciable contiene 40 gramos de hielo a -20 C.

Cuntos gramos de agua a 100 C se debe verter en el

recipiente, para obtener finalmente agua lquida a 0C?

A) 18 B) 20 C) 30 D) 36 E) 42

SOLUCIN

Qganado hielo = Qperdido agua

2 3 1Q Q Q

HIELO AGUA

'

E F EmC T L m MC T

40 0,5 20 80 40 M 1 100

M 36g

RPTA.: D

13. Un estudiante mezcla dos cantidades de un mismo lquido

que estn a diferentes temperaturas. La masa y la temperatura del lquido ms

caliente son tres veces la masa y la temperatura del lquido ms

fro, respectivamente. La temperatura inicial del lquido fro

es 25 C, entonces la temperatura de equilibrio de la mezcla es:

A) 32,5C B) 42,5C

C) 53,5C D) 62,5C E) 65,0C

SOLUCIN Por dato:

m 3 m

Qganado = Qperdido

2 1Q Q

e e e emC T 25 3mC 75 t

e eT 25 225 3T

eT 62,5C

RPTA.: D

14. El comportamiento de La

temperatura de un cuerpo de

masa 0,5 kg en funcin del calor recibido, es tal como se muestra

en la figura. Determine los calores especficos (en cal/gC) en las fases slido y lquido

respectivamente.

A) 2 ; 3 B) 4 ; 3 C) 5 ; 3 D) 6 ; 4 E) 6 ; 5

-10

40

120

100 200 320 Q (Kcal)

T (C)

3Q

- 20 C 0 C 100 C

2Q

1Q

25 C 75 C

2Q 1Q

eT

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SOLUCIN

De la figura:

Q

TgT

e

QmC

T

e

QC

T m

Para el estado slido:

1e

100C

50 0,5

1e

C 4cal /gC

Para el estado lquido:

2e

120C

80 0,5

2e

C 3cal /g C

RPTA.: B

15. Determine la cantidad de calor

que se le debe suministrar a 20 g

de hielo a -20 C para llevarlo hasta vapor a 120 C.

A) 14 400 cal B) 14 800 cal

C) 15 000 cal D) 15 200 cal

E) 15 900 cal

SOLUCIN

Calor suministrado ser:

T 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q Q

Donde:

1Q 20 0,5 20 200cal

2Q 80 20 1600cal

3Q 20 1 100 2000cal

4Q 540 20 10800cal

5Q 20 0,5 20 200cal

TQ 14800cal

RPTA.: B

16. En un calormetro cuyo

equivalente en agua es 20 g se tiene 40 g de agua a 20 C. Si se introduce en el agua un cuerpo de

80 g a 50 C, la temperatura final de equilibrio es de 40C. Halle el

calor especfico del cuerpo (en cal/gC).

A) 0,5 B) 1,0 C) 1,5 D) 2,0 E) 2,5

SOLUCIN

Qganado = Qperdido

2Ocalorimetro H cuerpoQ Q Q

e20 1 20 40 1 20 80 C 10

e400 800 800 C

eC 1,5cal /g C

-10

40

120

100 200 320 Q (Kcal)

T (C)

Liqu

ido

slid

o

20 C 50 C

2calorimetro H OQ Q cuerpoQ

40 C

-20 C 100 C0 C

1Q

2Q

3Q

4Q

5Q

120 C

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RPTA.: C

17. Un recipiente trmicamente aislado contiene 200 g de agua a una temperatura de 25 C. Si se

aade 20 g de hielo a una temperatura de -5 C. Determine

la temperatura de equilibrio (en C) de la mezcla.

A) 6,2 B) 8,2 C) 9,6

D) 15,2 E) 16,4

SOLUCIN

2 3 4 1Q Q Q Q

e20 0,5 5 20 80 20 1 T

e200 1 25 T

e e50 1600 20T 5000 200T

eT 15,2 C

RPTA.: D

18. Un calentador elctrico de 350 W

se emplea para hacer hervir 500g de agua. Si inicialmente la

temperatura del agua es 18 C, cunto tiempo (en minutos) se emplea en hervir el agua?

(1cal = 4,2J)

A) 6,2 B) 8,2 C) 8,4

D) 8,6 E) 9,2

SOLUCIN Calculando la cantidad de calor

para hacer hervir el agua:

eQ mC T

Q 500 1 82 = 41000 cal

Q 172200J

Adems sabemos que: Q

Pt

Q

tP

172200J

t350 W

t 492s

t 8,2min

RPTA.: B

19. Un proyectil penetra en una pared

con rapidez de 200 m/s. S el 20% de su energa cintica se transforma en energa calorfica,

halle el aumento de temperatura que experimenta el proyectil de

calor especfico 400 J/kg C.

A) 5 C B) 6 C C) 9 C D) 10 C E) 11 C

SOLUCIN Por dato:

kQ 20% E

21Q 0,2 mV2

2Q 0,1 mV

Calculando el incremento de temperatura:

eQ mC T 2

e0,1mV mC T

2

0,1 200 400 T

T 10C

RPTA.: D

- 5 C 0 C

2Q

3Q

4Q 1Q

25 CeT

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20. En la figura se muestra un bloque

de masa 2 kg que es lanzado desde la base de una rampa, con

una rapidez de 2 m/s. Si la rampa es de superficie rugosa, calcule la cantidad de energa que se

transforma en calor. (1J = 0,24cal)

A) 0,160 cal B) 0,384 cal

C) 0,768 cal D) 0,867 cal

E) 1,600 cal

SOLUCIN * La energa que se desprende en

forma de calor es el trabajo realizado por la fuerza de

rozamiento: Q = Wfroz

= froz . d

Q = FN . d Q = 0,5 . 16 . d ..............(I)

* Calculamos d: por teorema del

trabajo y energa mecnica

Wfroz = EM

mgCos37d = mg Sen 37d 1

2 m 20V

d = 1

m5

* Reemplazamos d en (I) Q = 1,6 J Q = 0,384 cal

RPTA.: B

37

V0=2m/s

k = 0.5

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