Trabajo Académico 4

“Año de la Universalización de la Salud”

Asignatura

: Fisica 2

Nrc

: 10736

Docente

: Maldonado Menacho, Erik Rodolfo

Integrantes

:

 Mayta Cano, Yendy  Pérez Aquino, Miguel  Raraz Sandoval, Anthony  Calderóng Quispe, Anthony

Huancayo - Perú 2019

FÍSICA 2 (Temperatura y calor) 2. En una escala de temperatura desconocida, el punto de ebullición del agua es 60 °T y el punto de congelamiento es -15 °T. ¿A cuánto equivale 333 K en grados T

Ebullicion :60 ° T Congelamiento :−15 ° T 60 ° T 373 K ° 45 ° T 273 ° K 100−−−75 x−−−40 x=53.33 ° T 3. Un clavo de hierro (c=470 J/kg.K) que se encuentra a una temperatura de 15 °C, se clava en una tabla y sufre un aumento de temperatura. Si suponemos que el 65 % de la energía cinética de un martillo de 1.50 kg que se mueve a 7 m/s se transforma en calor, que fluye hacia el clavo y no sale de él, ¿cuánto será la temperatura final del clavo de 8 g golpeado 10 veces?. Clavo : Martillo:

Ce=470 J / KgK

m=1.5 Kg

1 Q=65%Ec Ec= mV 2 2

Ti=15 ° C →288 ° K Q 1=

Ta=?

94 ( Tf −Ti ) J /K 25

m=8 g → 0.008 Kg

Q 1=Q 2 94 ( Tf −288 ° K ) J / K=477.75 J 25 Tf −288 k =

477.75∗25 K 94

Tf =415.016 ° K Tf =142.016 ° C

v=7 m/s

1 Ec= ∗1.5 Kg ¿ 2 Ec=

147 J ( Q=47.775 J )∗10=477.75 J 2

6. Dos losas de concreto (∝= 1,2x10-5 °C-1 ) de un puente de 250 m de largo se colocan justo en sus extremos, de modo que no se permite espacio para la expansión y estos se encuentran a una temperatura de equilibrio de 18°C. Si ocurre un aumento de temperatura de 2°C, ¿cuál es la altura a la cual las losas se elevan cuando se pandean?. T=18°C

Lo=250 m∝=1.2∗10−8 ° C−1 Ti=18 ° C Tf =20 ° C L=Lo (1+ ∝∆ T ) −1

L=250 m(1+1.2∗10 ° C ∗2 ° C ) L=250.006 m

125.003

−5

125.003

h 125

125 250m

h=√ ¿ ¿ h=250.006 m

8. Un alambre de aluminio se dobla en forma circular dejando una abertura de 1 cm. Hallar la nueva abertura si uniformemente es enfriado en 200°C. αAl=2.3*10-5

Lf =Li (1+∝ ∆ T ) ∆ i=1 cm Ti=0 ° Df =? ∝=2.3∗10−5 Df =Di(1+∝ AlDT ) Df =1 ( 1+ 2.3∗10−5 ) 200−0 Df =1.0046 cm

10. Una esfera de cobre sumergida completamente en agua a 10°C tiene un volumen de 8000 cm3. Si la temperatura del agua cambia a 70°C ¿Cuál es el incremento del empuje del agua sobre la esfera)? α cobre=1.6*10-5

Vi=8 cmTi=10 ° C Tf =70 ° C

∆ E=E 2−E 1 ∆ E=( pgVf )−( pgVi) ∆ E= pg(Vf −Vi)

Vf =Vi (1+ 3∝ ∆ T ) Vf =8 (1+3 ( 1.6∗10−5 ) (70−10 ) ) Vf =8 (1+2.88∗10−5) Vf =8.022304 m3 Hallando el incremento del empuje:

∆ E=E 2−E 1 ∆ E=9810 ( 8.02304−8 ) =226.0224 12. Usted vierte 108 cm3 de etanol, a una temperatura de -10 °C, en un cilindro graduado inicialmente a 20 °C, llenándolo hasta el borde superior. El cilindro está hecho de vidrio con un calor específico de 840 J/kg.K y un coeficiente de expansión de volumen de 1.2x10 -5 K-1; su masa es de 0.11 kg. La masa del etanol es de 87,3 g. a) ¿Cuál será la temperatura final del etanol, una vez que se alcanza el equilibrio térmico? b) ¿Cuánto etanol se desbordará del cilindro antes de alcanzar el equilibrio térmico?. (Para el etanol: c = 2428 J/kg.K; β = 75×10−5 K−1)

13. Un calorímetro de aluminio, con una masa de 100 g, contiene 250 g de agua. El calorímetro y el agua están en equilibrio térmico a 10°C. Dos bloques metálicos se colocan en el agua. Uno es un trozo de cobre de 50 g a 80°C. El otro tiene una masa de 70 g y originalmente está a una temperatura de 100°C. Todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20°C. Determine el calor específico de la muestra desconocida. C agua=1.0 cal/g.°C; Ccalorímetro=0,215 cal/g.°C; Ccobre= 0.0924 cal/g.°C; Calorímetro de aluminio:

Agua:

m=100 g

m=250 g

Ce=0.21 cal /g ° C

Ce=1cal /g ° C

¿=10° C Bloque de cobre:

Bloque desconocido:

m=50 g

m=70 g

Ce=0.0924 cal/ g ° C

¿=100° C

¿=80 ° C

Ce=? Tf =20 ° C Qabs=−Qcedida

m1 Ce 1 ( Tf −¿ ) +m 2Ce 2 (Tf −¿ ) +m 3Ce 3 ( Tf −¿ )=m 4 Ce 4 (Tf −¿) -

Despejamos Ce4 que es el bloque desconocido:

Ce 4=

(m1Ce 1 ( Tf −¿ ) +m 2Ce 2 ( Tf −¿ )+ m3 Ce3 ( Tf −¿ ) ) m 4 (Tf −¿)

Ce 4=

100∗0.215 ( 20−10 ) +250∗1 ( 20−10 ) +50∗0.0924 ( 20−80 ) 70(20−100)

Ce 4=0.435 cal /g ° C → El material desconocido es elberilio 15. Vapor a 100°C se agrega a hielo a 0°C. a) Encuentre la cantidad de hielo derretido y la temperatura final cuando la masa de vapor es 10 g y la masa de hielo es 50 g. b) ¿Qué pasaría si? Repita cuando la masa de vapor es 1 g y la masa de hielo es 50 g. (Para el agua: C hielo= 2100 J/kg.K, Lfusión=334×103 J/kg, cagua=4190 J/kg.K, Lvaporización= 2256×103 J/kg) a) Q1= calor para fundir el hielo=mhLf

¿ 50∗10 ∗334∗10 3 −3

¿ 167∗102 J Q3= calor de la condensación del vapor=mvLv

¿ 10∗10−3∗2259∗103 ¿ 225.6∗102 J ¿ 225.6∗102−167∗102=58.6∗102 J

Con este calor podemos llevar los seg de agua hasta la temperatura °C:

mhCa (T −o)=mvCa (100−T )+ 0.586∗10 4 50∗10−3∗4190 T =10∗10−3∗4190 ( 100−T )+ 0.586∗10 4 50∗10−3∗4190 T =4190 T + 0.586∗10 4 54190 T + 4190T =

0.586∗104 50∗10−3

8380 T =11.72∗104 11.72∗10 4 T= → T =14 ° C 8380 b) Q1= calor para fundir el hielo mhLf

¿ 50∗10−3∗334∗10 3 ¿ 167∗102 J Q2= calor de la condensación del vapor=mvLv

¿ 10−3∗2256∗103 ¿ 0.225 . ¿6∗10 4 J Q3= calor del vapor condensado bajo a 0°C

mvCa ( 100−0 )= ( 10−3 ) 4190∗100 ¿ 0.419∗104 J como Q 2+Q 3=0.2256∗104 +0.419∗104 ¿ 0.6446∗104 J m=

Q 0.6446∗10 4 = Lf 334∗103

m=1.93∗10−2 g La temperatura final es 0°C

( 1.93∗10−2 +1 )=1.0193 g de agua ( 50−1.93∗10−2 )=49.9807 g de hielo

16.¿Cuánto calor (en J) se requiere para convertir 15 g de hielo a -10°C en vapor a 110°C?. (Para el agua: C hielo= 2100 J/kg.K, Lfusión=334×103 J/kg, cagua=4190 J/kg.K, Lvaporización= 2256×103 J/kg) -

Primero tenemos que pasar de hielo que se encuentra a -10°C a agua a 0°C de la siguiente manera:

Ti=−10.0+273=263 K Tf =0+273=273 K -

Convertimos el 15g a 0.015kg

Q 1=m∗Ce∗∆ t Q 1=0.015 Kg∗2100 J / KgK∗(Tf −Ti ) Q 1=0.015 Kg∗2100 J / KgK∗10 K Q 1=315 J -

Hallamos el calor de fusión de hielo:

Q 2=m∗Lf Q 2=0.015 Kg∗334∗10 3 J / Kg Q 2=5010 J -

Como ya se pasó del estado sólido a líquido, ahora se va a pasar al agua que está en 0°C a vapor de 110°C:

Ti=0+ 273=273 K Tf =110 +273=383 K Q 3=m∗Ce∗∆ t Q 3=0.015 Kg∗4190 J / KgK∗(Tf −Ti) Q 3=0.015 Kg∗4190 J / KgK∗10 K Q 3=628.5 J -

Ahora se halla el calor de vaporización:

Q 4=m∗Lf Q 4=0.015 Kg∗2256∗103 J / Kg Q 4=33840 J -

Ahora la energía necesaria para un cubo de hielo a -10.0°C a vapor 110°C es:

Q 1+ Q2+Q 3+Q 4=39793.5 QT=39793.5∗103 J

RÚBRICA DE EVALUACIÓN Desarrolla el trabajo en grupo

No 0puntos

Desarrollo de ejercicios Estrategia en la resolución de los ejercicios

Menos del 50 % 1puntos No presenta estrategias en la resolución de los ejercicios 0puntos

Presentación didáctica de los ejercicios

No presenta con claridad el desarrollo de los ejercicios, no explica o no da detalles de resolución 1puntos

Uso de unidades

No coloca unidades en todo el trabajo 0puntos

Si 4puntos Desarrolla el 50 % 2puntos Explica parcialmente las estrategias a seguir en la resolución de los ejercicios 2puntos Presenta parcialmente un desarrollo claro, tipo de letra adecuada, gráficos entendibles, paso a paso con explicaciones correspondientes 2puntos Coloca unidades parcialmente en sus resultados finales 2puntos

Más del 50% 3puntos Explica parcialmente las estrategias a seguir en la resolución de todos los ejercicios 3puntos Presenta los ejercicios paso a paso, con explicaciones físicas y matemáticas, usa colores en forma discreta. 4puntos Coloca las unidades correspondientes en todos sus resultados 4puntos

Completo 4puntos Explica las estrategias a seguir en todos los ejercicios 4puntos