Calorimetría - Termodinámica - Electrostática

FÍSICA SEMANA 07 Repaso 2015 - I 997164989 – 949337575 – 998040260 – 6594897 temperatura? (  coeficiente volumétrica)

1. Una vasija de de vidrio vidrio es es llena parcialmente con mercurio y se hace el vació se observa que al calentar el conjunto, el volumen del vació permanece constante. ¿Qué fracción del volumen total ocupaba inicialmente el mercurio? vidrio  vidrio  2.5 105 º C1 Vació 4 1

Hg  1.25 10

h

(vidrio)

h

ºC

Hg

A) v 1   2    T   v 2 2 C) v 1   2    T v 2 2

A) 1/2 D) 1/5

B) 1/3 E) 1/6

C) 1/4

B) 2v 1   2 v   2  T D) 2v 1   2 v  2  T

E) v 1  2      T v 2 2

2. Se tiene una esfera hueca de radio “R” y espesor despreciable en su interior se halla otra esfera de radio “r”. En qué relación estarán sus radios (R/r) para que el volumen de la parte intermedia no varíe al incrementar la temperatura si

de dilatación

 r  8 R

r R

4. Un péndulo péndulo de reloj reloj

bate segundos, a la temperatura de de 0ºC, en en una montaña donde go 980.75cm/ seg 2. se lleva este reloj



al llano donde

g  981cm / seg2 ,

¿a qué

temperatura marcharía bien el reloj?, el péndulo es de acero acero  12  10 106 º C A) 21ºC B) 22ºC C) 23ºC D) 24ºC E) 25ºC

5. El diagrama corresponde a las medidas de la A)

1: 2

D) 2

:1

B) E)

3

3 :1

3

C) 1 : 3

4 :1

3. Dos líquidos

inmiscibles y en cantidades iguales, se encuentran ocupando un recipiente de vidrio y volumen V, al incrementar la temperatura en TºC, se nota que parte del líquido de menor densidad se ha derramado. ¿Qué volumen de dicho liquido quedará dentro del recipiente a esa

( ( (

temperatura a presión normal, en una escala ºU en función de la escala Celsius. Indique verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones: ) El punto de ebullición del agua es 190ºU. ) Las escalas coinciden a la temperatura de 10ºC. ) Una variación de temperatura de 20ºU, equivale a 10ºC. ºU 190 0 -10

F REPASO UNI 2015 – I

1

100

ºC

Reacciona e impulsa tu ingreso…

Física A) VVV D) VFV

Scientia UNI REPASO 2015 - I B) VVF E) FVV

C) FFF

a) 16ºC

b) 46ºC

d) 56ºC

6. Un termómetro arbitrario absoluto A indica 20º para el punto de congelación del agua. ¿Cuánto indicara el termómetro arbitrario para una temperatura de 50ºC? A) 23,66 B) 50,66 C) 30 D) 40 E) 10

7. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las proposiciones siguientes: I.

Dos cuerpos en contacto térmico tienen que estar adyacentes. II. La temperatura es una manifestación del calor contenido en un cuerpo. III. La ley cero establece que si un sistema C inicialmente está en equilibrio térmico con los sistemas A y B entonces A y B también están en equilibrio térmico entre sí. A) FFF B) VFV C) FVV D) FFV E) VVV

e) 26ºC

11. Dos esferas idénticas de 10g y Ce=0,1cal/g°C se encuentran a una temperatura de 100°C. Si una de ellas es colocada dentro de un recipiente que contiene 20g de agua a una temperatura “To” y luego la secamos cuando su temperatura es 60°C y en su reemplazo colocamos a la otra, de manera que se alcanza el equilibrio térmico a 20°C. Determine “To” considerando que la transferencia de energía (calor) solo se da entre el agua y las esferas. A) 12 B) 13 C) 14 D) 15 E) 16 12. Se tienen dos barras A y B del mismo material donde L A  2LB . ¿Qué gráfico representa mejor la variación de la longitud con la temperatura? a) b) L

L

siguientes proposiciones: El calor es la energía contenida en un cuerpo que se encuentra a una temperatura T. II. En el SI el calor se expresa en calorías. III. 4,18 J de trabajo mecánico equivale a la cantidad de calor ganado por 1 kg de H2O para cambiar su temperatura en 1

T

T

c)

d) L

A

L

B

T

T

20 cal/gºC si se tienen 100g de agua a la temperatura de 20ºC. Si en el mismo se introducen un cuerpo cuya masa es de 60g y a una temperatura de 120ºC. ¿Cuál es el calor específico de dicho cuerpo. Si la temperatura de equilibrio es de 40ºC? a) 0, 2 cal/gºC b) 0, 5 cal/gºC c) 0, 25 cal/gºC d) 0, 02 cal/gºC e) 0, 05 cal/gºC 10. En un calorímetro de equivalente en agua despreciable que tiene 400gr de agua a 0ºC se vierten simultáneamente 300, 600 y 200g de agua a las temperaturas de 60ºC, 80ºC y 90ºC respectivamente. Hallar la temperatura de equilibrio del sistema

2

A B

C) FFV

9. La capacidad calorífica de un calorímetro es


B

B

I.

B) VFF E) FFF

A

A

8. Señale la veracidad (V) o falsedad (F) de las

ºC. A) VVV D) FVV

c) 66ºC

e) L

A B

T

13. La gráfica muestra las diferentes fases de una sustancia de 10 gramos. En las siguientes proposiciones, señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda: ( (

) El calor específico en la fase sólida es 0,1 cal/gºC ) El calor latente de vaporización es 26 cal/g


Física (

Scientia UNI REPASO 2015 - I

) La temperatura de solidificación es -10 ºC

A) VFV D) FVV

B) VVF E) VFF

18. Un recipiente térmicamente aislado contiene 30 g de hielo a 0ºC, se hace ingresar en él 40 g de vapor a 100ºC ¿Cuál es la temperatura de equilibrio y cuál es la composición final de la mezcla? A) 70 g de líquido a 100 ºC B) 70 g de líquido a 72 ºC C) 40 g de líquido, 30 g de vapor a 100 ºC D) 60 g de líquido, 10 g de vapor a 100 ºC E) 50 g de líquido, 20 g de vapor a 100 ºC

C) FFV

14. Se proporcionan 4,56 kcal a un trozo de hielo de 40 g de masa que se encuentra a –18 ºC. Se desea averiguar en qué fase y a qué temperatura quedará el agua al término de la transferencia de calor.

cagua A) B) C) D) E)

 1 cal/gº  C

chielo

 0,5 cal/g.ºC

Hielo a – 3ºC Mezcla de agua y hielo a 0 ºC Todo agua a 3 ºC Todo agua a 18 ºC Todo agua a 25 ºC

15. En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tienen 50 g de hielo a -10 °C. Que cantidad mínima de agua (en g), a 50 °C se le debe añadir al recipiente para derretir todo el hielo . c  0,5 cal / g C



A) 65 D) 80



hielo

B) 70 E) 85

C) 75

16. En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable se tiene 30g de hielo a – 36 ºC. Si se hace ingresar 25 g de vapor de agua a 100 ºC. Hallar la temperatura de equilibrio y la composición final de la mezcla. A) 100 ºC, 14 g – vapor, 41 g de agua B) 100 ºC, 8 g – vapor, 50 g de agua C) 80 ºC, 60 g – vapor, 41 g de agua D) 100 ºC, 41 g – vapor, 14 g de agua E) 90 ºC, 16 g – vapor, 44 g de agua 17. Cierta cantidad de vapor de agua a 100 ºC ingresa a un calorímetro de 45 g de masa, que contiene 200g de una mezcla de hielo y agua en equilibrio, hasta que el hielo únicamente cambie de fase. En ese momento el sistema pesa 265g la cantidad


de hielo y agua en g originalmente contenía el calorímetro era respectivamente: A) 120 y 80 B) 160 y 40 C) 140 y 60 D) 100 y 100 E) 180 y 20

3

19. En un recipiente térmicamente aislado de capacidad calorífica despreciable se tiene “m” g de hielo a 0 ºC, si se hace ingresar “m” g de vapor de agua a 100 ºC al recipiente. ¿Qué porcentaje de masa del sistema se transformará en agua, si la energía calorífica intercambiado entre el hielo y el vapor es de 360 calorías? A) 66, 66 % B) 56, 66 % C) 44, 44 % D) 36, 66 % E) 66, 66 % 20. Un recipiente térmicamente aislado contiene agua a 20ºC, se introducen 60 gr de hielo a 0 ºC y se observa que no todo el hielo se funde. ¿Cuántos gramos de agua había inicialmente en el recipiente? A) 200 B) menos de 100 C) más de 300 D) 400 E) menos de 240 21. En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable, inicialmente se tiene 160g de hielo a – 10 ºC, si luego se vierten 17 g de vapor de agua a 100 ºC. Hallar la temperatura final de equilibrio y la composición final de la mezcla. A) 0 ºC, 34g – hielo y 143g - agua B) 0 ºC, 38g – hielo y 139g - agua C) 0 ºC, 45g – hielo y 132g - agua D) 20 ºC, 177g - agua E) 100 ºC, 170 g – agua y 7 g vapor 22. ¿Qué volumen de gas de hulla debe quemarse para aprovechar el 75% del calor liberado y lograr vaporizar totalmente 5 L de agua inicialmente a 40 ºC? se sabe que durante la combustión por cada metro cúbico de hulla este entrega 5,000K – cal 3 3 3 A) 0.70 m B) 0.80 m C) 0.60 m 3 3 D) 0.90 m E) 0.80 m


Física


23. Tres esferas del mismo material de radios R , 2R y 3R tienen la temperatura de 4T , 2T y T respectivamente. Son introducidos en un recipiente térmicamente aislante y de capacidad calorífica despreciable; la temperatura de equilibrio es: A) 3 T B) 2, 6 T C) 1, 8 T D) 1, 5 T E) 1, 3 T 24. UNI 1966 El principio que establece: “Es imposible construir una máquina que aperando en un ciclo continuo pueda extraer el calor de un reservorio y realizar una cantidad equivalente de trabajo mecánico”, se denomina: A) Principio cero de termodinámica. B) Primer principio de la termodinámica. C) Tercer principio de la termodinámica. D) Ninguna de las otras 4 respuestas. E) Segundo principio de la termodinámica. 25. UNI 1967 Una maquina térmica extrae Q 1 calorías de un reservorio de calor y disipa Q 2 calorías a otro reservorio, produciendo trabajo mecánico correspondiente. ¿Cuál es el rendimiento de la maquina? A) D)

(Q1  Q2 ) Q1

B)

(Q1  Q2 ) Q1

(Q1  Q2 ) Q2 E)

C)

Q1 Q2



Q2 Q1

(Q1  Q2 )

(Q1  Q2 )

26. UNI 1993 –I Un tiro de Argón, contenido de un cilindro con un pistón, se expande contra la presión atmosférica hasta que alcanza un volumen triple. ¿Qué trabajo ha sido realizado por el 5 2 gas? (Considere 1 atmosfera = 10 N/m ) A) 200 joules B) 300 joules C) 450 joules D) 350 joules E) 100 joules 27. UNI 1995 – I Un reservorio térmico a 1000 K, transfiere 12400 J de calor a una maquina térmica de Carnot, durante un ciclo termodinámico. Si el trabajo 4 neto de la maquina térmica es 2  10 J, la temperatura del reservorio térmico de baja temperatura en K, aproximadamente es: A) 410 B) 644 C) 716 D) 841 E) 886 28. UNI 1996 – I


4

Un recipiente rígido contiene 4 moles de un gas ideal a la presión de 2 bar y a la temperatura de 27°C. Se le transfiere calor al gas hasta que su temperatura sea 127°C. El recipiente es provisto de una válvula de seguridad, que deja escapar gas, para mantener la presión constante. Determine el número de moles de gas que han escapado. A) 0 B) todas la moléculas escapan C) 3 D) 2 E) 1 29. UNI 1996 – II Una máquina térmica d Carnot recibe 120 KJ/min de calor desde un foco térmico que está a 17°C. Determinar la potencia neta que entrega la maquina (KW). A) 28,9 B) 19,5 C) 852 D) 14,2 E) 10,8 30. UNI 1996 – II Un termómetro de gas (ficticio) consiste en un pequeño recipiente metálico esférico. Conteniendo un gas ideal a volumen constante y un indicador de presión (manómetro) en atm. A la temperatura del ambiente (20 °C), el manómetro indica una presión de atm. Cuando es introducido al interior de un horno eléctrico el medidor indica 5 atm. La temperatura del horno es: A) 573 °C B) 987 °C C) 1192 °C D) 1465 °C E) 1578 °C 31. UNI 2011 – I Un mol de gas ideal bajo un proceso isócoro se lleva del estado 1 al estado 2 tal que su presión disminuye de P a P/α, (α > 1). Después el gas se calienta isobáricamente hasta su temperatura inicial y el gas realiza un trabajo W. Determine la temperatura inicial del gas en, términos de W, R y α. (R es la constante universal de los gases ideales). A) D)

W R(α  1)

αW R

B)

αW R(α  1) E)

C)

(α  1)W Rα

αW R(α  1)

32. UNI 2011 – II En la gráfica P versus V se muestra el clico termodinámico que sigue un maquina térmica. Si Q1 = 120 J, Q2 = 200 J y Q 3 = 180 J son los calores usados en cada proceso, determine aproximadamente la eficiencia de la maquina térmica:


Física

Scientia UNI REPASO 2015 - I I.

A) 25,8% D) 43,8%

Al aproximar una varilla cargada hacia una esfera conductor descargada, sin tocarla, se mantiene la neutralidad eléctrica de la esfera. II. Si la varilla cargada toca a la esfera, se transfiere carga hasta que la varilla queda con igual carga que la esfera. III. Si dos esferas cargadas con +Q 1 y +Q2 se ponen en contacto, ambas terminarán cargadas con 1 C) 40,8% Q1  Q2  .

B) 33,8% E) 65,8%

2

33. UNI 1998 – I Una máquina térmica trabaja con una mol de un

5 n RT , R = 8,3 2

gas ideal atómico (U =

J molK

).

Durante la fase de expansión, a la presión constante de una atmosfera, la maquina absorbe 2905 J de calor y el volumen del gas 5 aumenta de 8,3 L a 16,6 L (1 at = 10 Pa, 1 3 m = 1000 L, 1 cal = 4,18 J). El trabajo producido, en Joule, durante la expansión es aproximadamente: A) 1 245 B) 830 D) 2 905 E) 3 735 34. La fuerza de repulsión electrostática entre dos protones tiene el mismo valor que la fuerza que la fuerza de atracción gravitacional entre ellos, si la distancia entre los protones en el primer caso es “d”, y en el segundo caso es D. El valor numérico, en el sistema internacional de unidades, de la relación de la masa del protón a su carga es

1

–8

igual a 10 y el valor numérico de

4πεoG

=

1,3  10 donde εo y G son la permitividad 20

del

espacio

libre

y

la

constante

gravitación universal respectivamente,

de

d D

es

entonces: A)

D)

1,3  10 1012 1,3

16

B) 1,3  10

E) 1,3  10

C)

1014

A) VVV B) FFF C) VVF D) VFF E) FVF 36. Señale verdadero (V) o falso (F) a las siguientes proposiciones: I. La carga es una cantidad derivada cuyas –1 dimensiones son IT . II. La unidad de medida de la carga, el coulomb, no posee un patrón de medición. III. La magnitud de la carga eléctrica de un protón es mucho mayor que la de un electrón. A) VVV B) VVF C) FFV D) FVF E) FFF 37. ¿Verdadero (V) o falso (F)? I. Al aproximar una varilla cargada hacia una esfera conductor descargada, sin tocarla, se C) 2 075 mantiene la neutralidad eléctrica de la esfera. II. Si la varilla cargada toca a la esfera, se transfiere carga hasta que la varilla queda con igual carga que la esfera. III. Si dos esferas cargadas con +Q 1 y +Q2 se ponen en contacto, ambas terminarán cargadas con 1 Q1  Q2  . 2 A) VVV B) FFF C) VVF D) VFF E) FVF 38. Se acerca una varilla cargada con +3nC a tres esferas iguales metálicas descargadas. Luego se deja la varilla y las esferas se separan. Indique cuáles de las siguientes proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F): I. Las tres esferas quedan cargadas con carga igual a 1 nC. II. La esfera C pierde 1875  107 electrones. III. La esfera B no gana ni pierde electrones.

1,3

10

35. ¿Verdadero (V) o falso (F)?


5


Física


A) VFF D) FFV

B) FVV E) VFV

C) VVF

39. En la figura se muestra 3 cargas en los vértices de un triángulo equilátero ¿dónde debe situarse una carga – 4q de manera que cualquier carga localizada en el punto P no experimentará fuerza eléctrica? Indique las coordenadas. y +q

a

D) Depende de la cantidad de carga del cuerpo cargado E) El tipo de carga depende de material del cual está hecho el electroscopio 42. 6 cargas iguales de valor

qo cada uno están

situados en los vértices de un exágono regular ¿Cuál será la carga Q de signo contrario que es necesario calcular para que todo el sistema se encuentre en equilibrio?

a Q

a/2 –q A) D)

( 3,0) (0,3)

B) (0,

a/2

x

P

–q

3)

C) (3,0)

E) (3,3)

40. Dadas las tres cargas eléctricas ubicadas en los vértices del triángulo donde Q y 2Q se repelen con una fuerza de 90N . Hallar la magnitud de la fuerza con la cual se repelen 2Q y 3Q. +Q

a a

+3Q A) 30 D) 270

a B) 130 E) 360

+2Q

B)

 15  4 3    qo  12 

D)

15  3  qo

43. 2 cargas iguales, están atadas a un peso “W”. El sistema así formado encuentra en equilibrio. Calcular el valor de la carga “Q” d

C) 170

Q

41. Con un electroscopio descargado se efectúan los pasos sucesivos siguientes: a. Se le acerca un cuerpo negativamente cargado sin tocarlo. b. Sin retirar el cuerpo se conecta el electroscopio a tierra por unos momentos, luego se desconecta. c. Se retira el cuerpo cargado entonces luego de estas operaciones el electroscopio queda: A) Descargo B) Cargado negativamente C) Cargado positivamente


4 32   qo  5   12 11 3  C)   qo  5   E) 10  3  q o

A)

6

Q

h

W

A)

h

C)

d

2dw kh 2dw kh

B)

h

D)

d

2hw kd 2hw kd

E) N.A.


Física


44. Se muestran 3 cargas positivas en los vértices de un triángulo equilátero. Halle Q si se sabe que el campo resultante en el punto medio de uno de sus lados tiene la dirección que muestra el diagrama. 6 C

49. Una esferita de 50 g y - 50 mC de carga, se suelta en el punto (A) de una superficie hemisférica. Calcule su rapidez al pasar por (B) (en m/s). Considere insignificante el rozamiento, además: 2 E = 6.103 N/C, R 2m y g = 10 m/s

E

53º

2 C

Q

A) 4 µC D) 1 µC

B) 2 µC E) 3, 5µC

condensador, su capacidad aumenta. II. Al aumentar la distancia en 25% entre las placas de un condensador plano, su capacidad disminuye en 25%. III. La carga que un condensador acumula depende de su capacidad. A) VFV B) FFF C) VVV D) VFV E) VVF

C) 5 µC

=

45. ¿Verdadero (V) o falso (F)? I. Las líneas de fuerza son curvas continuas tales que la intensidad del campo eléctrico en un punto del espacio es proporcional a la tangente a la línea que pasa por ese punto. II. Si se suelta una +q en una región donde existe E, la carga se moverá a lo largo de una de las líneas de fuerza. III. El número de líneas de fuerza emergentes de un cuerpo cargado es proporcional al área de la superficie del cuerpo. A) VVV B) FFF C) FVF D) VVF E) VFV 46. El potencial de una gotita esférica de agua salada es de V. Halle el potencial de la esfera que se forma al juntar dos gotitas idénticas.    A) √  B) √  C) √    D) √  E) √ 

A

A) 4 D) 12

L

47. En los vértices de la base de un tetraedro regular de 30 cm de lado se ubica tres partículas electrizadas tal como se muestra determine el potencial eléctrico en P.

qA a) 172 kV b) –30 kV c) 60 kV d) 133 kV e) –180 kV

qC

2

3

1 C

P

k a

A)

0a L 1  2k 

C)

d 0a L 1  2k  d

E)

a B)

 0a L k

d2 2

D)

0a Lk 2  k  d

0aLk

d2  k 

qB

48. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las proposiciones siguientes I. Al aumentar la carga en un determinado


k a

qC qA

C) 10

50. Determine la capacitancia eléctrica del condensador mostrado, parcialmente lleno de una sustancia dieléctrica de constante de k.

d

qB

B

B) 8 E) 16

7

51. Un dipolo eléctrico se compone de dos partículas electrizadas con cargas opuestas separadas por una distancia 2a, como se


Física


muestra en la figura. Considerando x>>a, calcular el potencial eléctrico en el punto P.

a.

(K + 1)Co

 K   Co  K 1   3K  c.  Co  2K 1   3K  d.  Co  K 1   2K  e.  Co  3 K 1   b.

A) D)

2Kqa x 2a 2

2Kqa x2

B) E)

Kqa x 2 a 2

54. Una partícula de

Kqa C) x

2 g

y

4  C ingresa

horizontalmente en un campo eléctrico uniforme y paralelo al campo gravitatorio, adquiriendo después de 2 s una velocidad v  (17i  52 j )m / s . Determine el módulo

4Kqa x2

52. En la figura se abandona una esferilla de masa “m” y carga eléctrica “q” en la posición “A” más alta de su superficie cilíndrica de radio de curvatura “R”. Sabiendo que el campo eléctrico “E” es homogéneo. Hallar la posición definido por el ángulo “θ” donde el cuerpo abandona la superficie. Desprecie el rozamiento y considere la aceleración de la gravedad “g”.

de la intensidad de campo eléctrico. (g = 10 2 m/s ) 3  N / C 2 10 a)

b)

4 103 N / C

3 5 10  N / C c)

3

d) 8 x10 N / C 3  N / C 7 10 e)

A) arc Cos(2/3) C) arc Sen(1/3) E) arc Cot(2/3)

B) arc Csc(1/3) D) arc Cos(2/5)

53. Un capacitor de placas paralelas tiene una capacitancia Co en ausencia de un dieléctrico. Una placa de material dieléctrico de constante dieléctrica K y espesor d/3 se inserta dentro de las placas (ver figura). ¿Cuál es la nueva capacitancia cuando está presente el dieléctrico?


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Calorimetría - Termodinámica - Electrostática

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