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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE HONDURAS EN EL VALLE DE SULA DEPARTAMENTO DE FÍSICA EXAMEN PARCIAL “UNIDAD TERMODINÁMICA”, III PERIODO – 2016 Nombre: ___________________________________________ No Cuenta: ______________________ Catedrático: _____________________ Instructor: _________________Fecha:___________________ Sección teórica:__________________ Tipo términos variados (1.6% C/U) Coloque en el espacio en blanco del primer bloque columna el número del término correspondiente a la definición. No Definición No Término No Término Es una situación en la cual dos objetos no intercambiaran energía por calor o radiación Ley de Boyle electromagnética si fueran colocados en 1 16 Ecuación de estado contacto térmico.

2

9 16

21 13 24 26

25 17 30 11

3

Equilibrio térmico

Trabajo

17

sh is ar stu ed d vi y re aC s o ou urc rs e eH w er as o. co m

5

2

3

Conducción

18

Ley cero de la termodinámica

4

Volumen

19

Caloría

PV = nRT Está definido como la energía de transferencia a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y sus alrededores. Cantidad de energía de transferencia necesaria para incrementar la temperatura de 1 lb de agua desde 63°F hasta 64 °F.

5

Ley de Gay-Lussac

20

Exergia

6

Cíclico

21

Calor

7

Convección

22

James Prescott Joule

1 cal = 4.186 J Cantidad de energía necesitada para incrementar la temperatura de una muestra particular por 1 °C Proceso que se mueve lo suficientemente lento para permitir que el sistema permanezca esencialmente en equilibrio térmico en todo momento. Energía de transferencia, a parte del calor, que depende de los estados inicial, final e intermedios del sistema. Proceso termodinámico en el cual no hay transferencia de energía por medio de calor hacia o desde el sistema. Proceso termodinámico en el cual no ingresa o sale energía del sistema por medio de trabajo. Mecanismo de transferencia de energía por medio de calor que puede representarse sobre una escala atómica como un intercambio de energía cinética entre partículas microscópicas.

8

Calor específico

23

Emisividad

9

Temperatura

24

Equivalente mecánico de calor

10

Isotérmico

25

Cuasi-estático

11

Isocórico

26

Capacidad térmica

12

Presión

27

Isobárico

28

Energía interna

29

Isotérmico

30

Adiabático

Th

18

Si los objetos A y B están separadamente en equilibrio térmico con un tercer objeto, entonces A y B están en equilibrio térmico entre ellos. Cuando el volumen de un gas es mantenido constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura. Propiedad que determina si un objeto esta en equilibrio térmico con otros objetos.

13 Unidad térmica británica

14

Primera ley de la termodinámica

Constante universal del Variable de estado que en un gas ideal depende 15 gas https://www.coursehero.com/file/38504154/Examen-II-Parcial-Unidad-Termodin%C3%A1mica-primer-tipo-Pautapdf/ 28 solamente de la temperatura.

Tipo Verdadero o Falso. (3% C/U) En cada uno de los enunciados siguientes coloque entre paréntesis la letra V si considera que es verdadero o una F si considera que es falso. En caso que el enunciado sea considerado falso, deberá justificar por qué. 1. Un recipiente en su casa (vaso), abierto al ambiente dispone de mayor cantidad de moles de aire en un día caluroso que en una noche de mucho frío…………………………………………………………………………………………………………………………… (

F

)

La presión y el volumen del aire dentro del recipiente permanecen casi constante, mientras que la temperatura disminuye en mayor medida en una noche fría en relación a un día caluroso, por lo que el número de moles incrementa 2. La temperatura de un gas ideal es directamente proporcional a la energía cinética media de sus moléculas. Si un recipiente sellado que contiene un gas ideal viaja a 2000 m/s, la temperatura del gas ideal aumenta en relación a cuando

3.

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el recipiente que contiene el gas está en reposo………………..……………………………............…………………………………….. ( F ) La energía cinética de las moléculas asociada a la temperatura es medida estando en reposo con respecto al centro de masa del sistema, en este caso el enunciado se refiere a la energía cinética traslacional la cual no es medida estando en reposo con respecto al centro de masa del sistema. Cuando la energía por transferencia de calor ingresa en un recipiente rígido que contiene un gas ideal, la

temperatura del gas ideal entonces disminuye……………………………………………………………………………………………………… ( Debido a que el recipiente es rígido su volumen no cambia, se considera proceso isovolumétrico y no existe transferencia de energía por medio de trabajo, W = 0, y de la primera ley de la termodinámica,

F

)

Por lo que al ingresar energía por medio de calor al sistema, la energía interna del sistema se incrementa y consecuentemente la temperatura se incrementa. 4.

Dados los estados inicial y final de un sistema y se conoce también el cambio de energía interna en el sistema, es

posible determinar la cantidad de calor y trabajo suministrados o extraídos del sistema ….……………………………….. (

F

)

Es necesario conocer los estados intermedios del proceso para poder determinar la cantidad de calor y trabajo 5. Una máquina operando en un ciclo que produce la misma cantidad de trabajo transformando toda la energía de transferencia por calor que ingresa desde un reservorio a mayor temperatura viola la primera ley de la termodinámica

Th

……………………………………………..……………………………………………..…………………………………………………..…………………………… (

F

)

F

)

Viola la segunda ley de la termodinámica 6.

La entropía total de un sistema aislado bajo un proceso reversible decrece……….………………………………………… (

La entropía total permanece constante para un sistema aislado que opera bajo un proceso reversible 7.

Una máquina térmica real que opera entre las temperaturas Th = 600 K y Tc = 300 K podría disponer una eficiencia

de 65% (nota: recuerde que la eficiencia de una máquina de Carnot es

……..……………………………………. (

F

)

La eficiencia de Carnot para las temperaturas Th = 600 K, Tc = 300 K es del 50% utilizando la ecuación de eficiencia de una máquina de Carnot. El enunciado anterior sugiere que la eficiencia de la máquina real sea mayor, 65%, que la eficiencia de la máquina de Carnot y esto viola el teorema de Carnot, por lo que es falso. 8.

Las variables que involucran energía se denominan variables de transferencia como ser el calor, el trabajo y la

https://www.coursehero.com/file/38504154/Examen-II-Parcial-Unidad-Termodin%C3%A1mica-primer-tipo-Pautapdf/ entropía………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… (

F)

La entropía es una variable de estado del sistema. Tipo Práctico. Desarrolle cada uno de los ejercicios a continuación de forma clara y ordenada, realizando diagramas y cálculos de manera secuencial, encerrando su respuesta. 1. Una olla de cocer sobre un calentador lento contiene 10.0 kg de agua y una masa desconocida de hielo en equilibrio a 0°C en un tiempo t = 0. La temperatura de la mezcla es medida en varios tiempos, y el resultado es el gráfico que se muestra en la figura 1. Durante los primeros 50 min, la mezcla permanece a 0°C. Desde 50.0 min a 60.0 min, la temperatura se incrementa a 2.00 °C. Ignorando la capacidad de calor de la olla, determine la masa inicial del hielo. 18%. LF H2O = 3.33 x 105J/kg,

CeAGUA = 4186

Figura

1.

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De 50 a 60 minutos,

Th

Para el periodo de tiempo desde 0 a 50.0 min,

2. Una barra uniforme de latón gira a 150 rev/s en torno a un eje perpendicular a ella en su centro, se calienta sin contacto mecánico, es decir la energía cinética rotacional permanece constante, hasta que su temperatura aumenta en 160 °C. Calcule el cambio en la velocidad angular. αL = 19 x 10-6 °C-1.16% La energía cinética rotacional de la barra es

La inercia de la barra alrededor de un eje que pasa perpendicular sobre su centro es

Al momento de calentarse la barra el término alterado es la longitud de la barra, https://www.coursehero.com/file/38504154/Examen-II-Parcial-Unidad-Termodin%C3%A1mica-primer-tipo-Pautapdf/

La energía cinética rotacional permanece constante desde inicio hasta el final del proceso de calentamiento

Sustituyendo términos de inercia y dilatación lineal de la barra,

De lo anterior se encuentra entonces el cambio de velocidad angular,

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3. 8 moles de un gas ideal monoatómico se hacen pasar por el ciclo mostrado en la figura 2. El proceso bc es una expansión adiabática, el proceso ca es una compresión isotérmica, y el proceso ab es una expansión a presión constante. También , ,y . (i) tabule los valores de la presión, el volumen, la temperatura, energía interna para los estados a, b, c, (ii) calcule el trabajo neto por ciclo y calor neto por ciclo, 18%

Figura 2

Th

Proceso a b c

P(Pa) 101300 101300

Proceso bc, expansión adiabática

V(m³) 0.5 1.5

T(K)

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Eint(J)

P(Pa) 101300 101300 6551.75

V(m³) 0.5 1.5 7.73

T(K) 761.51 2284.55 761.51

Encontrando el trabajo neto y calor neto

Proceso ab, expansión a presión constante,

Proceso bc, expansión adiabática

Th

Proceso ca, compresión isotérmica

Trabajo neto

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Eint(kJ) 75.97 227.92 75.97

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Proceso a b c