Estándar Anual
a m a r g o r P
GUÍA PRÁCTICA
Nº
Calor I: calor y temperatura
a c i s í F
Ejercicios PSU 1.
La temperatura de un día cualquiera de verano en Santiago fue 34 [°C] la máxima, y 8 [°C] la mínima. La variación de temperatura, en kelvin, para ese día fue A) B) C)
2.
5.
281 [K] 307 [K]
GUÍA CURSOS ANUALES
0 [°C] y 0 [K] 0 [°C] y 273 [K] 100 [°C] y 273 [K]
D) E)
100 [°C] y 373 [K] 373 [°C] y 100 [K]
se dilate. se contraiga. mantenga su volumen. se dilate o se contraiga, nunca mantenga su volumen. se contraiga o mantenga su volumen, nunca se dilate.
Al calentar un alambre por un extremo, el calor se propaga a través de él por A) B) C)
4 V 0 2 0 3 0 A S F B C N A C I U G
D) E)
Si se tiene un líquido desconocido a 0 [°C] y se le aplica calor, calor, esperaríamos que el líquido A) B) C) D) E)
4.
8 [K] 26 [K] 34 [K]
El punto de ebullición del agua en condiciones normales, medido en grados Celsius y kelvin, corresponde, respectivamente, a A) B) C)
3.
s a c i s á B s a i c n e i C
convección. convección. conducción. radiación.
D) E)
convección y radiación. radiación. radiación y conducción.
“Es un concepto que da cuenta de la mayor o menor agitación de las partículas que constituyen un cuerpo”. La definición anterior corresponde a A) B) C)
calor. calor. convección. temperatura.
D) E)
dilatación. contracción.
Cpech
1
Ciencias Básicas Física 6.
¿A cuántos grados Celsius equivalen, respectivamente, 0 [K], 100 [K] y 273 [K]? A) B) C) D) E)
7.
Se tienen dos líquidos, P y Q, a distintas temperaturas. Al medir la temperatura del líquido P con un termómetro graduado en Celsius, registra 87 [°C] y al medir la temperatura del líquido Q con un termómetro graduado en kelvin, registra 180 [K]. Al medir ambas temperaturas en kelvin y compararlas, es correcto afirmar que el líquido P tiene A) B) C) D) E)
8.
un cuarto de la temperatura del líquido Q. la mitad de la temperatura del líquido Q. la misma temperatura del líquido Q. el doble de la temperatura del líquido Q. el cuádruple de la temperatura del líquido Q.
Un cuerpo sólido de 20 [m] de largo, luego de ser sometido a una variación de temperatura desde 75 [°C] a 268 [K], experimentó una contracción de 8 [cm]. ¿Cuál es su coeficiente de dilatación lineal en [°C] –1? A) B) C)
9.
0, 100 y 273 0, 173 y 273 0, –173 y –273 –273, –173 y 0 –273, 373 y 546
1 ∙ 10 –5 5 ∙ 10 –5 15 ∙ 10 –5
D) E)
21 ∙ 10 –6 80 ∙ 10 –6
La siguiente figura muestra tres temperaturas distintas, medidas con tres termómetros diferentes. Celsius
Kelvin
P K
0K
Fahrenheit
100 ºC
212 ºF
0 ºC
R ºF
Q ºC
−460 ºF
Basándose en la información entregada en la figura, ¿cuáles son los valores de las temperaturas faltantes P, Q y R?
2
Cpech
P
Q
R
A)
273
−273
0
B)
373
0
32
C)
373
−273
32
D)
373
32
0
E)
373
−32
0
GUÍA PRÁCTICA 10.
“Al aumentar la temperatura del líquido, de 0[°C] a 4[°C], su volumen disminuye”. Esta afirmación se refiere A) B) C) D) E)
11.
12.
Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto afirmar que I) II) III)
se requiere de una fuente de calor para que se produzca. se produce en un medio material. se produce solo en los fluidos.
A) B) C)
Solo I Solo II Solo III
Solo I y II I, II y III
32 [ºF] 100 [ºF] 180 [ºF]
D) E)
212 [ºF] 373 [ºF]
Un frasco de vidrio, cuya capacidad volumétrica es 1000 [cm 3 ], está lleno de mercur io (γ = 0,18 ∙ 10 –3 [°C] –1). Cuando se calienta el conjunto 100 [°C], se derraman 15 [cm 3] de mercurio. ¿Cuál fue la dilatación del mercurio? A) B) C)
14.
D) E)
Max se encuentra en la playa y desea hervir agua, pero solo dispone de un termómetro con graduación Fahrenheit para poder saber cuándo esta alcanzará su punto de ebullición. ¿Cuál es la temperatura que deberá marcar el termómetro, una vez que el agua comience a hervir? (Tº de ebullición del agua: 100 [ºC]) A) B) C)
13.
a cualquier líquido. al agua. al oro en estado líquido. al agua, pero solo en condiciones de laboratorio. al cobre.
14 [cm3] 15 [cm3] 16 [cm3]
D) E)
18 [cm3] 20 [cm3]
Considerando la teoría cinética molecular, es correcto afirmar que I) II) III)
las moléculas de un cuerpo están siempre en movimiento. los aumentos de temperatura de un cuerpo conllevan un aumento en la energía cinética de sus moléculas. en un cuerpo que se encuentra a 0 [°C], la energía cinética de sus moléculas es mínima.
A) B) C)
Solo I Solo I y II Solo I y III
D) E)
Solo II y III I, II y III
Cpech
3
Ciencias Básicas Física 15.
El espacio, medido en centímetros, que debe existir entre dos rieles de acero, de 6 [m] de longitud cada uno, si se prevé una variación de temperatura de 100 [°C], es (Considere αacero = 11 ∙ 10 –6 [°C] –1) A) B) C)
16.
0,33 0,66 0,99
D) E)
1,32 1,88
Tres jóvenes se encuentran sentados junto a una fogata en la playa, frente al mar. El calor que ellos perciben se transmite, principalmente, por I) II) III)
conducción. convección. radiación.
Es (son) correcta(s) A) B) C)
17.
18.
D) E)
solo I y II. solo II y III.
Una persona llenó completamente el estanque de bencina de su auto y lo dejó estacionado al sol. Luego de cierto tiempo, se dio cuenta que, en virtud de la elevación de temperatura, cierta cantidad de bencina se había derramado. Es correcto afirmar que I) II) III)
se dilató el estanque de bencina. la dilatación del líquido fue mayor que la del estanque. el coeficiente de dilatación volumétrico de la bencina es mayor que el coeficiente de dilatación volumétrico del estanque.
A) B) C)
Solo I Solo II Solo III
D) E)
Solo I y II I, II y III
Un líquido de γ = 6,9 ∙ 10 –5 [ºC] –1 se encuentra contenido en un recipiente de metal, cuyo α = 2,3 ∙ 10 –5 [ºC] –1. Si el líquido llena completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [ºC], es correcto afirmar que el líquido se dilatará A) B) C) D) E)
4
solo I. solo II. solo III.
Cpech
el triple de lo que lo hará el recipiente. el doble que el recipiente. lo mismo que el recipiente. la mitad de lo que se dilatará el recipiente. la tercera parte de lo que se dilate el recipiente.
GUÍA PRÁCTICA 19.
20.
De las siguientes situaciones, ¿cuál(es) corresponde(n) a formas de transmitir el calor por convección? I) II) III)
Calentar agua en una tetera. Calentar una habitación con una estufa. Fundir una barra de metal.
A) B) C)
Solo I Solo II Solo III
D) E)
¿Cuál de los siguientes gráficos representa mejor la relación entre las escalas kelvin [K] y Celsius [ºC]? K
A)
K
K
K
K
ºC
ºC
ºC
21.
Solo I y II I, II y III
ºC D)
C)
B)
ºC E)
La barra bimetálica de la figura se encuentra horizontal y anclada a la muralla en el extremo A.
metal 1
pared
B
A
metal 2
Si el coeficiente de dilatación lineal del metal 1 es 12 ∙ 10 –5 [ºC] –1, el coeficiente de dilatación superficial del metal 2 es 15 ∙ 10 –5 [ºC] –1 y todo el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 10 [ºC]. Entonces, es correcto afirmar que A) B) C) D) E)
el metal 2 se expande más que el metal 1. la barra se curva y el extremo B sube. la barra se curva y el extremo B baja. en la barra, los dos metales se expanden la misma cantidad. la temperatura no afecta a los materiales, pues son metálicos.
Cpech
5
Ciencias Básicas Física 22.
23.
Francisca, en un frío día de invierno, cierra su dormitorio y lo calefacciona mediante una estufa eléctrica, ubicada en el centro de su habitación. Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que I) II) III)
existe transmisión de calor por radiación en la habitación. existe transmisión de calor por convección en la habitación. el aire más caliente es el cercano al suelo.
A) B) C)
Solo I Solo I y II Solo I y III
25.
−72 −40 32
D) E)
40 72
La expansión que experimentan los elementos sólidos depende de I) II) III)
su coeficiente de dilatación lineal. la temperatura a la cual se encuentre. la variación de temperatura a la cual es sometido.
A) B) C)
Solo I Solo II Solo III
D) E)
Solo I y II Solo I y III
Respecto a las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y kelvin, es correcto afirmar que I) II) III)
A) B) C)
6
Solo II y III I,II y III
¿A qué temperatura la escala Celsius y Fahrenheit tienen el mismo valor numérico? A) B) C)
24.
D) E)
Cpech
para una misma temperatura, el valor numérico en la escala kelvin siempre supera al valor en la escala Celsius. la temperatura en la escala kelvin nunca es negativa. al aumentar 10 grados en la escala Celsius, la temperatura de un cuerpo aumenta 18 grados en la escala Fahrenheit. Solo I Solo II Solo III
D) E)
Solo I y III I,II y III
GUÍA PRÁCTICA
Tabla de corrección
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
Aplicación
2
Aplicación
3
Comprensión
4
Reconocimiento
5
Aplicación
6
Aplicación
7
ASE
8
Aplicación
9
Aplicación
10
Comprensión
11
Reconocimiento
12
Aplicación
13
Aplicación
14
Aplicación
15
Aplicación
16
Comprensión
17
Comprensión
18
ASE
19
ASE
20
Comprensión
21
Aplicación
22
Comprensión
23
Aplicación
24
Reconocimiento
25
Comprensión
Cpech
7
Ciencias Básicas Física
Resumen de contenidos Calor Se define como la “energía en tránsito” que fluye desde un cuerpo o sistema “más frio” .
“más caliente” hacia
otro
Es una magnitud escalar y se mide en: S.I.: [joule] = [J] C.G.S.: [ergio] = [erg] También se puede expresar en calorías, 1 [caloría] = 4,18[J].
Temperatura Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo o sistema. Mientras más se muevan (vibren) las partículas de un cuerpo, mayor será su “temperatura”. Es una magnitud escalar y puede expresarse según diferentes escalas termométricas. Las más usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin .
Escala Celsius
•
Creada en 1742 por el sueco Anders Celsius. En esta escala, a la temperatura de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC] y a la temperatura de ebullición del agua se le asigna el valor 100 [ºC].
Escala Fahrenheit
•
Fahrenheit
Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit (alemán); en esta escala, la temperatura de fusión del hielo corresponde a 32 [ºF], y la temperatura de ebullición del agua corresponde a 212 [ºF].
212
Temperatura ebullición del agua
100 90 80 70 60
180
TC =
Celsius
50 100 40 30
5 (TF − 32) 9
20 10 32
0 Temperatura fusión del hielo
8
Cpech
GUÍA PRÁCTICA •
Escala kelvin o absoluta Fahrenheit
Creada en 1848 por el británico William Thomson (Lord Kelvin). La escala absoluta incluye la temperatura teórica más baja posible, el cero absoluto o 0 [K]. En esta escala, la temperatura de fusión del hielo corresponde, aproximadamente, a 273 [K] y la de ebullición del agua a 373 [K].
212
180
32
TK = TC + 273
Celsius
Kelvin
100
373
90
90
80
80
70
70
60 50 100 40
60 50 100 40
30
30
20
20
10
10
0
273
−273
−460
Temperatura ebullición del agua
Temperatura fusión del hielo
0 Cero absoluto
Transmisión del calor El calor puede transmitirse de tres formas, que dependen del medio por el cual se propague.
•
Conducción El calor (energía) se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material. Esta forma de propagación del calor ocurre solo en los sólidos.
•
Convección Corresponde a la transmisión del calor en los fluidos (líquidos y gases) debido a corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes.
•
Radiación El calor puede viajar grandes distancias a través del vacío; en este caso la energía se transmite por medio de ondas electromagnéticas.
Dilatación y contracción de materiales •
Dilatación lineal La dilatación o contracción afecta solo la longitud del cuerpo (las otras dos dimensiones son despreciables respecto de la primera).
Por ejemplo: un alambre.
Li
DL
DL = Li ⋅ α ⋅ DT
Cpech
9
Ciencias Básicas Física
Por ejemplo: una lámina delgada de metal.
Dilatación superficial
•
DS
La dilatación o contracción afecta el área o superficie del cuerpo. (el objeto posee solo dos dimensiones importantes y una tercera despreciable respecto de las otras dos).
α
Si
DS = Si ⋅ b ⋅ DT α b = 2α
Por ejemplo: un cubo de metal.
Dilatación volumétrica
•
α DV
La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo (cada una de las dimensiones del objeto es importante respecto de las demás).
Vi α α
γ = 3α
DV = Vi ⋅ γ ⋅ DT
El agua, una excepción En general, los materiales tienden a dilatarse cuando se calientan y a contraerse cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo. Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a contraerse, al contrari o de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC]. Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC]. Volumen v/s temperatura 1 0016
Densidad v/s temperatura 1.0000
1 0014
g k 1 0012 m
3
o
) l 0.9999 m / g ( d 0.9998 a d i s n e 0.9997 D
1 0010
n c 1 0008 e f í m c 1 0006 u e l p o s V e 1 0004 1 0002 1 0000
0º
10
Cpech
0.9996
4º 8º 12º 16º Temperatura (ºC)
20º
0
2
4
6
8
Temperatura (ºC)
10
12
GUÍA PRÁCTICA
Clases curso Física
Clase 1
Presentación de la PSU de Ciencias – Física e inducción
Clase 2
Ondas I: vibraciones y ondas
Clase 3
Ondas II: el sonido
Clase 4
Ondas III: la luz
Clase 5
Ondas IV: imágenes en espejos y lentes
Clase 6
Taller I
Clase 7
Electricidad I: carga eléctrica y electricidad estática
Clase 8
Electricidad II: circuitos eléctricos
Clase 9
Electricidad III: potencia y energía eléctrica
Clase 10
Electricidad IV: el magnetismo
Clase 11
Taller II
Clase 12
Calor I: calor y temperatura
Clase 13
Calor II: mezclas y cambios de fase
Clase 14
Introducción al movimiento
Clase 15
Movimiento I: vectores y escalares
Clase 16
Movimiento II: movimientos con velocidad constante
Clase 17
Movimiento III : movimientos con aceleración constante
Clase 18
Movimiento IV: movimientos verticales
Clase 19
Taller III
Clase 20
Dinámica I: fuerzas y leyes de Newton
Clase 21
Dinámica II: ley de gravitación y fuerza de roce
Clase 22
Dinámica III: torque y fuerza elástica
Clase 23
Dinámica IV: momentum e impulso
Clase 24
Taller IV
Clase 25
Energía I: trabajo y potencia mecánica
Clase 26
Energía II : energía cinética y energía potencial
Clase 27
Energía III: energía mecánica y su conservación
Clase 28
Universo, sistema solar y Tierra
Clase 29
Taller V
Estás en esta clase
Cpech
11
Registro de propiedad intelectual de Cpech. Prohibida su reproducción total o parcial.
