DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS COORDINACIÓN DE FÍSICA Y QUÍMICA EXAMEN COLEGIADO DE PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO PRIMER EXAMEN FINAL SEMESTRE 2012 – 1 Jueves 1 de diciembre diciembre de 2011, 7:00 horas
Tipo Thomas Johann Seebeck ( 1770 – 1831 )
permite la consulta de documento documento alguno. INSTRUCCIONES: No se permite El tiempo máximo de resolución es 2 .5 horas. El examen consta de 6 problemas cuyas puntuaciones se indican. Sea claro y detallado en la resolución del examen. Al final del examen se encuentran algunas constantes físicas que le pueden ser útiles.
1. Se tienen dos compartimientos A y B que contienen masas gaseosas, herméticamente sellados a los cuales se les han colocado los medidores de presión como se muestra en la figura. El manómetro 1 indica una presión de 1.5 [bar] y el vacuómetro 3 una presión de 0.25 [bar]. Considerando que la 3 altura barométrica local es de 60 [cm] de mercurio ( Hg = 13 600 [kg/m ] ) y que la aceleración 2 gravitatoria local es 9.78 [m/s ], determine: a) La presión presión absoluta en el compartimiento A. b) La presión absoluta en el compartimiento B. c) Si el medidor 2 funciona como manómetro o como vacuómetro. Explique por qué. d) La diferencia de alturas que tendría el medidor 2 si se utiliza mercurio y dicho medidor es un tubo en U. 20 puntos. 2. James Joule puso a prueba la conversión de energía mecánica en energía interna al medir la temperatura del agua en una cascada. Si el agua en lo alto tenía 12 [°C] y caía 60 [m], ¿qué temperatura máxima en el fondo podría esperar Joule? Considere la aceleración gravitatoria del 2 lugar g = 9.8 [m/s ]. Joule no tuvo éxito en este experimento porque su termómetro no era lo suficientemente sensible y no tenía la resolución adecuada. 15 puntos. 3. Se tiene un ciclo reversible de Diesel, que utiliza aire como gas ideal. Se sabe que la presión al inicio de la compresión adiabática es 200 [kPa] y la temperatura 25 [°C]; la relación de compresión es 15 y cuando el aire recibe energía en forma de calor, la temperatura máxima que alcanza en el ciclo es 1 110 [K]. Determine: a) La presión y volumen específico al inicio del proceso isobárico. b) La presión y la temperatura al final de la expansión adiabática. c) La variación de entropía específica del aire desde el inicio de la expansión adiabática hasta el inicio de la compresión adiabática. 30 puntos.
4. Un conductor largo y recto que coincide con el eje “ y”, como se indica en la figura, transporta una corriente eléctrica. Dicho conductor está en una zona donde hay un campo magnético uniforme B0 con magnitud de 1.6 [T] en la dirección ( x). Si el campo magnético total en el punto A (0, 0, 0.25) [m] es: BA = 8 i [μT] , determine el valor de la corriente i e indique en un esquema su sentido.
10 puntos. 5. El circuito eléctrico resistivo de la figura está energizado con una fuente de fem () de 9.55 [V] constantes. Determine: a) La corriente eléctrica que entrega la fem . b) La corriente eléctrica y la diferencia de potencial en cada resistor, llenando la tabla que se muestra. R 1 = 15 [], R 3= 33 [],
R 2= 22 [] , R 4=10 []
resistor
diferencia de potencial [V]
corriente eléctrica [A]
R 1 R 2
15 puntos.
R 3 R 4
6. Una carga puntual Q se halla en el origen. Si el campo eléctrico en el punto P (0,0,3) [cm] es EP = 120 k [kN/C] determine el valor y signo de la carga Q.
