CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
1. La capacidad calorífica de un objeto se define como la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura en . Por ende, para elevar la temperatura en se requiere un calor dado por
a) b) c)
FÍSICA: 2
1 °
∆
=∆ Escriba la capacidad calorífica en términos del calor especifico del material. ¿Cuál es la capacidad calorífica de 1.0 del agua? ¿De 35 de agua?
PARALELO: 3
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 8.0
2. En una carrera en un día caluroso, un ciclista consume de agua durante un intervalo de . Si hacemos la aproximación de que toda la energía del ciclista se destina a evaporar esta agua como sudor, ¿cuánta energía, en , usa el ciclista durante el recorrido? (Como la eficiencia del ciclista sólo es cercana al , la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor, así que la aproximación no es disparatada).
3.5 ℎ
FÍSICA: 2
20%
PARALELO: 3
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 3. Considere el siguiente proceso de dos pasos. Se permite que fluya calor hacia fuera de un gas ideal a volumen constante, de manera que su presión disminuye de a . Luego, el gas se expande a presión constante, de un volumen de a , donde la temperatura alcanza su valor original. Ver figura. Calcule: a. El trabajo total que realiza el gas en el proceso. b. El cambio en la energía interna del gas en el proceso. c. El flujo de calor total hacia dentro o hacia fuera del gas.
2.2 5.9 9.3
1.4
FÍSICA: 2
PARALELO: 3
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA = −35
4. i) Cuando un gas se lleva de a a lo largo de la trayectoria curva en la figura el trabajo que realiza el gas es y el calor agregado al gas es . A lo largo de la trayectoria , el trabajo realizado es . a. ¿Cuál es para la trayectoria ? b. Si ? , ¿cuál es para la trayectoria c. ¿Cuál es para la trayectoria ? d. ¿Cuál es () ()? e. Si () , ¿cuál es para la trayectoria ? () ii) Ahora Suponga que un gas se lleva en el sentido horario alrededor del ciclo rectangular que se muestra en la figura, comenzando en , luego a , , y de regreso a . Describa cada fase del proceso, y luego calcule el trabajo neto realizado durante el ciclo y el cambio en la energía interna total durante el ciclo.
= −54 = (1/2) − − = 12
FÍSICA: 2
PARALELO: 3
= −63
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 5. Demuestre: a. Que el trabajo realizado por moles de un gas ideal cuando se expande adiabáticamente es , donde y son las temperaturas inicial y final, y es el calor específico molar a volumen constante. b. Partiendo de las ecuaciones y del texto, demuestre que el trabajo realizado por un gas que se expande lentamente de manera adiabática de la presión y el volumen , a y , está dado por
FÍSICA: 2
= ( − ) 19−6 19−15 = −− 1
PARALELO: 3
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 1.00 420
1.00 720
6. Una muestra de de un gas diatómico ideal a una presión de y temperatura de experimenta un proceso en el que su presión aumenta linealmente con la temperatura. La temperatura y la presión finales son y . Determine: a. El cambio en la energía interna b. El trabajo que realiza el gas c. El calor agregado al gas. (Suponga cinco grados de libertad activos).
1.60
FÍSICA: 2
PARALELO: 3
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA ( < ) = 2( − ) ln donde es la conductividad térmica de la tubería. Suponga que la tubería es de acero con = 3.3 , = 4.0 y = 18 °. Si la tubería contiene agua quieta a = 71 °, ¿cuál será la tasa inicial de cambio de su temperatura? Suponga que agua a 71 ° entra a la tubería y se mueve a una rapidez de 8.0 /. ¿Cuál será su descenso de temperatura por centímetro de viaje?
7. Una tubería cilíndrica tiene radio interior y radio exterior . El interior de la tubería transporta agua caliente a temperatura . La temperatura exterior es . a. Demuestre que la tasa de pérdida de calor para una longitud L de tubería es
b.
c.
FÍSICA: 2
PARALELO: 3
GRUPO: 7
CAPÍTULO: CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 19.5 5.5 33
8. Una casa tiene paredes bien aisladas de de grosor (suponga conductividad del de área, y aire) y de área, un techo de madera de de grosor y de área total. ventanas descubiertas de de grosor y a. Si se supone que el calor se pierde sólo por conducción, calcule la tasa a la que se debe suministrar calor para que esta casa mantenga su temperatura interior a , si la temperatura exterior es de . b. Si la casa inicialmente está a , estime cuánto calor se debe suministrar para elevar la temperatura a en un lapso de . Suponga que sólo el aire necesita calentarse y que su volumen es de . c. Si el gas natural cuesta por kilogramo y su calor de combustión es de , ¿cuánto es el costo mensual para mantener la casa como en el inciso durante las del día, suponiendo que el del calor producido se utiliza para calentar la casa? Considere el calor específico del aire.
410
23 °
5.4×10 / )
FÍSICA: 2
0.65
12 ° 23 ° $0.080 24 ℎ
PARALELO: 3
280
15 ° 30 750
90% 0.24 /°
GRUPO: 7
