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• Juliana Gómez

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FISICA, CALOR Y ONDAS

1. La acetona hierve a 56.5°C y el nitrógeno líquido hierve a -196°C. Exprese esta temperatura específica en la escala kelvin. ¿cuál es la diferencia entre esas temperaturas en la escala Celsius. Solución:  Acetona hierve a 56.5 °C  Nitrógeno líquido hierve a -196 °C

Expresamos las temperaturas en escala Kelvin. Formula de diferencia de temperaturas en escala Celsius. °K= °C + 273 y ΔT °C = T1(°C) – T2(°C) T en escala Kelvin °K: °K= °C+273 °K= 56.5+273 °K= 329.5 °K acetona.

°K= °C+273 °K= -196+273 °K= 77°K nitrógeno.

Diferencia de temperaturas en escalas Celsius. ΔT (°C) = 56.5-(-196°C) ΔT (°C) = 252.5 °C

2. El oro se funde a 1336 K. ¿Cuál es la temperatura correspondiente en grados Celsius y en grados Fahrenheit? Solución: °C = °C = K‒273 °C = 1063°C °F = C (9/5) + 32 °F = 1.945,4 °F 3. Una barra de plata tiene 1 ft de longitud a 70°F. ¿Cuánto se incrementará la longitud cuando se introduzca a agua hirviendo (212°F)? Solución: Aplicación de fórmula de dilatación lineal. ΔL = Lo·ɑ·ΔT Coeficiente de dilatación de la plata. ΔL = (1ft) (19x10−6 ° C−1) (100°C ‒ 21°C) ΔL = 1.501X10−3 ft  Cuando la barra de plata pasa de 70°F (21°C) hasta (212°F) (100°C) esta se dilata en una cantidad de 1.501X10−3ft.

4. Una varilla de bronce tiene 2,00 m de longitud a 15 °C. ¿A qué temperatura se tiene que calentar la varilla para que su nueva longitud sea de 2.01 m? Solución: Lo = 2.00m Lf = 2.01m To = -15 °C Tf =? Bronce = 18x10−6 ° C−1 Dilatación lineal Lf = Lo (1+ ɑ • Tf • To) Tf = (Lf – Lo) / Lo ɑ • To Tf = (2.01-2.00) /2.00*10x10−6 ° C−1 + 15°C Tf = 297,77 °C 5. Una placa cuadrada de cobre que mide 4 cm por lado a 20°C se calienta hasta 120°C. ¿Cuál es el incremento del área de la placa de cobre? Solución: Lo = 4cm To = 20°C Tf = 120°C ΔS =? Formula Dilatación superficial: So = Lo2 = ( 4 cm)2 = (16 cm)2 SF = So = (1+2*ɑ(Tf-To)) SF = So+So*2*ɑ(Tf-To) SF – So = So*2*ɑ(Tf-To) ΔS = So*2*ɑ(Tf-To) ΔS = (16 cm)2*2*1.7x10−5 ° C−1(120°C -20°C) ΔS = 0.0544cm2

6. Un orificio circular en una placa de acero tiene un diámetro de 20.0 cm a 27°c ¿A qué temperatura se tendrá que calentar la placa para que el área del orificio sea de 314cm? Solución: Aplicación de ecuación de dilatación de áreas. AF= Δo [ 1+γ(Tf-T)] Área inicial. Δo= π*d 2/4 Δo= π*¿ ¿)/4 Δo= 314.16 cm2 Coeficiente de dilatación del acero: 1.2x10−5 ° C−1, γ= 2ɑ 314cm2= 314.16 cm2 [1+2(1.2x10−5 ° C−1 ) *(Tf-27°C) -0,16cm2= 314.16 cm2*2(1.2x10−5 ° C−1) *(Tf-27°C) -21.22= *(Tf-27°C) Tf= 5.78°C

7. Un vaso de laboratorio Pyrex se llena hasta el borde con 200 cm3 de mercurio a 20°C. ¿Cuánto mercurio se derramará si la temperatura del sistema se eleva a 68°C?

Solución: Coeficiente de dilatación: λHg= (1,8•10^-4) ºC^-1 (coeficiente del mercurio, Hg)   λV= (3•10^-6) ºC^-1 (Coeficiente del vidrio pyrex) Dilatación del recipiente: ∆Vvidriopyrex= V0⋅3λ ⋅∆T ⇒ ∆Vvidrio = (200cm^3) 3(3x10^-6 ºC^-1) (68ºC - 20ºC) = 0.0864cm^3

Dilatación en la masa: ∆VHg =V0 α ∆T ⇒     ∆VHg = (200cm^3) 3(11·10^-4 ºC^-1) (68ºC - 20ºC) = 31.68cm^3 Cálculo de mercurio derramado: ΔVderramado = ∆VHg − ∆Vvidrio = 31.68cm^3 −0.0864cm^3 ΔVderramado = 31.594cm^3