• Author / Uploaded
• johan

• Categories
• Fahrenheit
• Expansión térmica
• Ramas de la termodinámica
• Termodinámica
• Termodinámica Atmosférica

Citation preview

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN TERMOMETRÍA TEMPERATURA Es una magnitud escalar, la temperatura es el

grado de agitación molecular promedio que en su interior tiene un objeto, es decir, mide la energía cinética promedio de traslación de sus moléculas. TERMÓMETRO Es aquel instrumento que sirve para indicar la temperatura de un cuerpo. Este aparato está basado en el fenómeno de la dilatación que produce el calor en la sustancia encerrada en un tubo de vidrio (mercurio, alcohol, gas, etc).

medir temperatura, se eligen dos puntos fijos que se obtienen al establecerse los estados de equilibrios térmico en condiciones rigurosamente controladas; luego se divide en intervalo cada uno de los cuales recibe el nombre de grado. En la actualidad se usan con mayor frecuencia las escalas termométricas propuestas por los físicos: Celsius (1 701-1 744), Fahrenheit (1 686 – 1 736) y Kelvin (1 824 – 1 907). Relación entre “C” y “F”:

Relación entre “C” y “K”:

ESCALAS TERMOMÉTRICAS Para poder medir las diferentes temperaturas es necesario establecer una serie de referencias, cuyo conjunto constituye la escala termométrica. Así para disponer de una escala práctica y fácil de verificar en cualquier aparato destinado a

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN 2.

Si un cuerpo presenta una temperatura de 20C ¿Cuál será la lectura de esta en la escala Fahrenheit? a) 38 b) 48 c) 58 d) 68 e) N.A.

3.

¿A cuántos grados rankine equivalen 50 grados Fahrenheit? a) 200 b) 410 c) 510 d) 610 e) N.A.

4.

¿Cuál es la temperatura absoluta (Grados Kelvin) que tiene un cuerpo cuya temperatura es de 127C? a) 400 b) 300 c) 500 d) 200 e) N.A.

5.

¿Qué temperatura es mayor? T1 = 0K, T2 = 0R , T3 = 0°C , T4 = 0°F

ESCALAS TERMOMETRICAS RELATIVAS CELCIUS CENTIGRADO

ABSOLUTAS KELVIN

FAHRENHEIT

RANKINE

RELACIÓN ENTRE LAS ESCALAS Punto de Ebullición del H2O

Fusión del Hielo Cero Absoluto

ºC

ºK

ºF

ºR

100

212

373

672

0

32

273

492

- 273

- 460

0

0

CERO ABSOLUTO: Es la mínima temperatura que existe teóricamente aunque en la practica esto no existe, se dice también es la temperatura al cual las moléculas dejan de vibrar

a) T1 d) T4 6.

FORMULA PARA CONVERSIONES DE TEMPERATURA

FORMULA PARA VARIACIONES DE TEMPERATURA

PROBLEMITAS 1. ¿A cuántos grados kelvin equivalen 50 grados centígrados? a) 303 b) 353 c) 453 d) 253 e) N.A.

b) T2 c) T3 e) Todos son iguales

¿Cuál de las siguientes temperaturas es mayor? T1 = 0°C, T2 = 33F , T3 = 492R , T4 = 273K a) T1 d) T4

b) T2 c) T3 e) Todos son iguales

7.

¿En que lectura, el valor que marca la escala en °C y en °F son numéricamente iguales, pero con signos diferentes? Rpta:…………

8.

En la escala Celsius una temperatura varía en 45°C. ¿Cuánto variará en la escala Kelvin y Fahrenheit? a) 273°F b) 100 c) 81 d) 45 e) 90

9.

¿A qué temperatura en °C el valor en la escala Fahrenheit excede en 22 al doble del valor en la escala Celsius?. a) 20°C b) 30°C c) 40°C d) 50°C e) 60°C

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN 10. ¿A qué temperatura en °C, el valor en la escala Celsius es el mismo que la escala Fahrenheit? a) - 10°C b) - 20 c) - 30 d) - 40 e) 50 11.

a) 25°C

b) 30°C

d) 35°C

e) 250/9°C

c) 45°C

Se tiene un cuerpo a una 16. En una escala de temperatura arbitraria Z temperatura de 10º C si es los puntos de referencia son 70°Z para el calentado en 40ºK y luego agua en ebullición y 34°Z para el hielo en fusión ¿A cuántos °Z equivalen 60°C? disminuido en 9ºR para posteriormente calentarlo en 27ºF ¿Cuál es la temperatura del cuerpo a) 56,5°Z b) 21,6°Z c) 55,6°Z después de todo este proceso ? a)273º

b)0º

c)30º

d)180º

e)5º

12. ¿A qué temperatura en K el valor en la escala °F excede en 45 al valor en la escala Celsius. a) 273 K b) 283 c) 253 d) 303 e) 313

d) 26,1°Z

e) 60°Z

17. Si en Arequipa, se hace hervir agua en un recipiente de aluminio, la base de éste alcanza una temperatura de 95°C. Esta temperatura en la escala de Kelvin será:

13. En la figura determine a cuántos grados a) 368K b) 300K c) 350K “A” equivalen 25°C °C A d) 373K e) 273K 100 300 a) 90°A b) 110 c) 75 18. Si la temperatura de un gas contenido en un 25 d) 80 recipiente, fuera 0 K (Cero Kelvin) ¿Cuál e) N.A de las afirmaciones es correcta? 20 0 a) La presión en las paredes del recipiente sería cero 14. Un termómetro de mercurio tiene una b) La temperatura del sistema sería 273° C escala que marca 0ºX cuando la temperatura c) Su volumen sería cero es de 20ºC y marca 240ºX para 100ºC ¿A d) La energía del gas aumenta cuantos ºX corresponde la temperatura e) La presión sería una atmósfera humana de 37ºC? a) 24ºX b) 214ºX c) 144ºX 19. Se tiene un termómetro en ºC mal calibrado, en donde marca 2 ºC cuando d) 114ºX e) 14ºX se sumerge en agua con hielo (temperatura de fusión). Cuando éste termómetro marque 34 ºC. ¿Cuál es la 15. Un termómetro con escala arbitraria registra temperatura verdadera en ºK? en el punto de fusión del hielo –20° y en el a) 301 ºK b) 303 ºK c) 305 ºK punto de ebullición del agua 180°, cuando d) 307 ºK e) 309 ºK en éste termómetro se llega a 50°, ¿Cuánto vale dicha temperatura en la escala Celsius?

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN DILATACIÓN Concepto Es aquel fenómeno físico que consiste en el cambio de dimensiones que experimenta un cuerpo cuando aumenta o disminuye la temperatura. Esto es debido a lo siguiente: cuando la temperatura aumenta, las moléculas de un cuerpo se mueven con mayor intensidad y tratarán de ocupar el mayor volumen posible, el cuerpo cederá y se dilatará. El estudiante deberá tener en cuenta que todo cuerpo al dilatarse lo hace en sus tres dimensiones; sin embargo, a veces puede interesarnos la variación de su longitud solamente, como el caso de los alambres; o quizás la variación de una superficie, (caso de una pizarra).

DILATACIÓN SUPERFICIAL Es el aumento superficial que experimenta un cuerpo al ser calentado.

Sf : superficie final So : superficie inicial ∆T = Tf – To : variación de temperatura : coeficiente de dilatación superficial (°C -1)

En el presente capítulo estudiaremos las tres clases de dilataciones. DILATACIÓN LINEAL Es aquella dilatación que aparece en cuerpos en que se hace notoria la longitud, esto no significa que sus demás dimensiones no se dilatan, ¡si se dilatan!; pero en mínima escala.

DILATACIÓN VOLUMÉTRICA El volumen de un cuerpo aumenta cuando éste se calienta. Este aumento de volumen recibe el nombre de dilatación volumétrica o cúbica.

Vf : volumen final Vo : volumen inicial ∆T = Tf – To : variación de temperatura Lf : longitud final Lo : longitud inicial ∆T = Tf – To : variación de temperatura : coeficiente de dilatación lineal (°C-1)

: coeficiente de dilatación volumétrica (°C -1)

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN

Los coeficientes de dilatación dependen del tipo de material, además:

Coeficientes de dilatación lineal de sólidos

A)100,24 cm2 D) 100,2 cm2 2 B)102 cm E) 100,48 cm2 C)101,6 cm2 4. ¿En cuantos m2 se dilatará una plancha de aluminio de 1/4 m2, cuando la temperatura se incrementa en 50ºC? αALUMINIO=2,4·10–5 ºC–1 A)6·10–4 m2. D) 8·10–3 m2. –4 2 B)8·10 m . E) 60·10–4 m2. C)6·10–3 m2. 5.

Una placa de metal tiene las dimensiones de 10 x 10 m cuando su temperatura es de 10 °C. Se observa que cada lado se incrementa en 20 mm cuando se calienta hasta 110 °C. ¿Cuál es su coeficiente de dilatación superficial? A)3·10–6 °C-1 D)4·10–6 °C–1 -6 –1 B)5·10 °C E) 2·10–6 °C–1 C)4·10–5 °C–1 6.

La densidad de un líquido a 20 ºC es

10 00 kg/m3. ¿Cuál será la densidad cuando la temperatura ascienda hasta 120 ºC?  = 6 x 10-4 ºC-1 a) 9430,96 kg/m3 b) 9431,96 kg/m3 c) 9432,96 kg/m3 d) 9433,96 kg/m3 e) 9434,96 kg/m3 PROBLEMITAS Se tiene un alambre dé cobre de 100m de longitud a 0 °C ¿Qué longitud poseerá a 100 °C? (Cu= 16·10–6°C–1) A)100,18 m D) 100,16 m B)100,22 m E) 100,25 m C)100,32 m 1.

2.

Una varilla de 3 m se alarga 3 mm al elevar su temperatura en 100ºC. Hallar su coeficiente de dilatación lineal. A)10–5 ºC–1 D) 10–6 ºC–1 B)2·10–6 ºC–1 E) 2·10–5 ºC–1 C)3·10–5 ºC–1 3.

Suponga que el área de una lámina de aluminio, a 40ºC, es de 100 cm2 . Halle la nueva área a 140ºC. Para el aluminio  = 2,4·10–5 /ºC–1

7.

Cuanto medirá, a 40ºC, un alambre de cobre (=17·10–6/ºC) que a 0ºC mide 3000m A)3004,2 m D) 3002,04m B)2002,02 m E) 1002,02 m C)3002,4 m 8.

En la figura ¿En cuántos °C se debe incrementar la temperatura de las barras para que sus extremos se junten? A = 1,5·10–3 °C–1 y B=10–3 °C–1

A

B

6cm 60cm 30cm A)40 °C B) 30 °C C) 20 °C D)50 °C E) 100 °C 9. Hallar cuál será el área final de la placa si la 20 calentamos en 20ºC.

m

m

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN a) 430m2

C

b) 432 c) 400 d) 420

B 6m

10. Una vasija de vidrio contiene 1000cm 3 de mercurio lleno hasta el borde. Si se incrementa la temperatura el recipiente alcanza un volumen de 1009cm 3 y se derrama 9cm3 de mercurio. ¿Qué temperatura se incremento? (coeficiente de dilatación lineal del mercurio es de 6x10 – 5 –1 C ). a) 373°K b) 473°K c) 173°K d) 273°K

e) 100°K

11. Un cubo de acero de  = 11x10–6C–1 tiene una arista de 10cm, a la temperatura de 293K. Calcular el cambio del volumen que experimenta el cubo cundo se encuentra a la temperatura de 393K. a) 1,1cm3 b) 3,3 cm3 c) 2,2 cm3 d) 4,4 cm

3

e) 5,5 cm

3

12. Se construye una riel de tren durante el invierno (T = -5ºC) y se sabe que cada tramo mide 4m. ¿Qué espacio debemos dejar entre cada tramo para que en verano cuando la temperatura llegue a 35ºC no haya problemas con la dilatación?. Considere :  = 10-3. a) 10cm b) 12 c) 14 d) 16 e) N.A. 13. Se muestra una barra AB de 8m y una cuerda BC de 9,9m cuando el ángulo  mide 10º. Hallar la variación de temperatura de tal manera que el ángulo “” disminuya a 0º, considerando que la barra y la pared tienen deformación despreciable. (αCUERDA=10–5 ºC–1)

A)1010,1ºC D)100,1ºC

B)101,1ºC C)110,1ºC  E)10100,1ºC

A

14. Se midieron 500m de alambre de aluminio y la misma longitud de alambre de acero a 0ºC. ¿Cuál será la diferencia entre las longitudes de los alambres a 100ºC? (αALUMINIO=2,3·10–5 ºC–1; αACERO=1,2·10–5 ºC–1) A)0,12m B) 1,1m C)0,55m D) 0,225m E) NA. 15. Una varilla “A” (A=10–5 /ºC) a 40ºC tiene igual longitud que otra varilla “B” (B=2·10– 5 /ºC) cuya temperatura es de 30ºC. ¿ a que temperatura común las varillas tendrán igual longitud? A)10ºC B) 20ºC C) 30ºC D) 0ºC E) 50ºC 16. Una vara métrica de aluminio mide correctamente (calibrada) a 5ºC y con ella se mide una cierta longitud a 35ºC, resultando un valor de 100,00 cm. Halla el error cometido en la medición debido a la dilatación. ALUMINIO=22·10–6 ºC–1. A)0,05 cm B) 0,066 cm C) 0,04 cm D) 0,025 cm E) NA 17. Una regla de aluminio es exacta a 20°C. Si hacemos una medida con ella a 70°C y obtenemos 100 cm, ¿Cuál es el error cometido?. AL=23·10–6 ºC–1 A)0,0023 cm D) 0,0045cm B)0,0087cm E) 0,115 cm C)0,004 4 cm 18. Una lámina metálica (α=2·10–5 ºC–1) experimenta un incremento de 0,8cm2 en su superficie cuando su temperatura pasa de 0ºC hasta 400ºC. Se desea calcular el área de su superficie a 400ºC.

FÍSICA II TEMA: TERMOMETRÍA Y DILATACIÓN A)500cm2. B)5,08cm2. C)50,8cm2.

D) 508cm2. E)NA

19. Una varilla de metal de coeficiente =10–5 °C–1 experimenta una elevación de temperatura de 50..°C ¿En qué porcentaje incrementó su sección recta? A)0,1 % B) 0,3 % C) 0,4 % D) 0,5 % E). 0,6 % 20. Al calentar una placa de metal se observó que su superficie se incrementó en 0,6%. ¿En qué porcentaje se dilató su perímetro?. A)0,1% B) 0,3% C) 0,2% D) 0,5% E) 0,9% 21. ¿Cuál es el aumento en tanto por ciento de la superficie de una barra cilíndrica metálica entre 0°C y 100°C, siendo el coeficiente de dilatación lineal del metal igual a: 9·10–6 (°C)–1? A)0,15% B) 0,18% C) 0,21% D)0,09% E) 0,12% 22. Se tienen dos placas metálicas A y B, que tienen la misma superficie a 40ºC y 20ºC respectivamente. Determinar la temperatura común para la cual ambas placas tendrán la misma superficie. αA=1,2·10–5 ºC–1 αB=2·10–5 ºC–1 A)10ºC B) –10ºC C) 20ºC D)–20ºC E) –15ºC 23. Un líquido presenta un volumen de 1 000 cm3 cuando su temperatura es 0 °C ¿Qué incremento de volumen poseerá cuando su temperatura sea de 200 °C? (LIQUIDO=7·10–5 °C–1) A)14 cm3 B) 18 cm3 C) 20cm3 D) 42 cm3 E) 50 cm3 24. A 20ºC el volumen de una lata de cobre (= 1,7·10–5/ºC) es de 1 litro. ¿Cuál es su volumen aproximadamente a 120ºC?. A)1,0037 dm3 D)1,0051 dm3 B)1,045 dm3 E) 1,0046dm3 3 C)1,0053 dm

25. Un cubo de latón de arista 10 cm se dilata 6 cm3 ¿Cuál es el aumento de temperatura? (LATóN = 20·10–6 °C–1) A) 200 ºC B) 100ºC C) 2100 ºC D) 500 °C E) 800 °C 26. Un matráz de vidrio (v = 9,2·10–4 °C–1) con un volumen de 1 litro se llena totalmente de mercurio (Hg =18,2·10–4 °C–1) a 20°C. ¿Cuál es el volumen de mercurio que se derramará cuando la temperatura sube hasta 50°C.? A) 0,017 dm3 B) 0,17 dm3 C) 2,7 dm3 D) 0,27 dm3 E) 0,027 dm3 27. Un recipiente de vidrio de 2,2 litros contiene 2 litros de un liquido cuyo L= 13,8·10–4 °C–1, todo a 0 °C. ¿Hasta qué temperatura deberá calentarse el sistema sin que el liquido se derrame? VIDRIO = 8·10–4 °C–1 A) 190 °C B) 160 °C C) 150 °C D) 180 °C E) 200 °C 28. Una vasija de vidrio, cuyo volumen es exactamente 1000 cm3 a 0 ºC, se llena de Hg. El sistema se calienta hasta 100ºC y se derrama 15,2 cm3 de Hg. Calcular el coeficiente de dilatación lineal del vidrio, si el coeficiente de dilatación cúbica del Hg es 0,000182 ºC–1. A)1,5·10–5 ºC–1 D) 0,5·10–5 ºC–1 B)10–5 ºC–1 E) 3·10–5 ºC–1 –5 –1 C)(1/3)10 ºC