1. UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE AGRONOMIA
ALUMNO:
ALCANTARA HUAMAN ALDO SEBASTIAN
CURSO:
FISICA II
TEMA:
CALOR Y TERMODINAMICA
PROFESOR:
ING. ALFONSO GAMARRA MENDOZA
CICLO:
2017 – I
45. Un congelador se debe mantener a una temperatura de – 40°c en un día de verano
cuando la temperatura ambiente es de 27°c. Para mantener el congelador a esa
2. temperatura se necesita extraer de él un calor de 17 650 cal/min. ¿Cuál es la máxima
eficiencia posible del congelador y cuál es la mínima energía que debe suministrarse al
congelador?
Respuesta:
T°congelador= -40°c + 273 = 233,15 k
T°ambiente =27°c + 273 = 300,15 k
Sabemosque para unrefrigeradorideal laeficiencia esunafunciónexclusivamente de laT° fría y
T° caliente.
N=
𝑇°𝑓
𝑇°𝑐−𝑇°𝑓
=
233,15𝑘
300,15𝑘−233,15𝑘
N= 3,48
N = Q/W
3,48 = 17650 cal/min
W
W = 5072 kcal/min
88. Cuando unconductorfrenasuauto, la fricciónentrelostamboresylas balatasde
losfrenosconviertenla energíacinéticadel auto en calor.Si un auto de 1500kg que
viajaa 30m/s y sedetiene, ¿Cuánto aumentala temperaturaen cada uno de loscuatro
tamboresde hierro de8 kgde losfrenos?(desprecielapérdidadeenergíahacialos
alrededores).
Respuesta:
Ec---Q Ec= 1/2 m𝑣2 Q= mCeΔT
J-----Cal Ec= ½(1500kg)(30𝑚/𝑠)2J 161 259,4964 cal= (8000gr)(0,113cal/gr°c)ΔT
m= 1500 kg Ec= 675 000 J ΔT= 44,6 °c
V= 30 m/s Ec= 675 000 x 0,24 cal
m tamb= 8kg= 8000gr Ec= 161 259,4964 cal
Δ= ?
3. 131. Una delas maquinasmáseficientesquese han construido operaentre430°cy
1870°c,conuna eficienciade42%.Calculara)sueficienciateóricamáxima,b) su
potenciadesalida,si absorbe1.4x 𝟏𝟎 𝟓J de calordecada segundo.
1870°C a) N eficiente teóricamáxima:tc– tf / tc
N max:2143,15 k – 703,15 k
2143,15 k
N max:67, 20 %
b) N : W / Q abs
430°C 42% : W / 1.4 x 105 J
0,588 x 105 J : W
158,8 KJ : W
174.
Respuesta:
No.Cualquieraque sealaunidadutilizadaparala longitud inicial(lo) seránlasunidadesde cambio
de longitud(Δl ).La relaciónΔl/lonodepende de lasunidadesutilizadas.
217.
Respuesta:
Supongamosque el oxígenoesungas ideal,el volumende unmol de gasde oxígenoenstpes22,4
x 10−3 𝑚3
V:
𝑛𝑅𝑇
𝑃
V: (1,00 mol) (8,314 J/mol °k) (273 k)
(1,013 x 105N/𝑀2
V: 22,4 x 10−3 𝑚3
La masa de unmol de oxígeno,conuna masamolecularde 32,0 gr.
Utilice estosvaloresparacalcularladensidaddel gasde oxígeno.
P: M/V
4. P: 28,0 x 10−3 kg / 22,4 x 10−3 𝑚3
P: 1,25 kg/𝑚3
260. Las barrasderefuerzo parael concreto estánhechasde acero,quetiene casi el
mismo coeficientedeexpansióntérmicaqueel concreto.¿Qué pasaríasi en vez de
acero se usarabronce?Imagineunabarrade broncede2.5 cm de diámetro,embebida
en una matrizde concreto.Si latemperaturase eleva20°c, el bronceestaráa
compresiónyel concreto a tensión.¿Permaneceráel concreto deunasolapieza?(Usted
requerirádelosdatosde lastablas12-1 y 12-2.Supongalamismamagnitudde los
esfuerzosenambosmateriales).
La preguntaa resolverrequierede unastablasque noestánen lasseparatas.
303.
Respuesta:
a) La rapidezmediaestádadaporla ecuación: 𝑉𝑚: √3𝐾𝑇/𝑚
𝑉𝑚 𝑒: √3𝐾𝑇/𝑚 : √3(1,38 𝑥 10−23 𝐽𝐾)(273𝐾)
32(1,66 x 10−27 kg
𝑉𝑚𝑒: 461 m/s
b) Asumiendoque laparticularnotiene dirección proferida,entoncestenemoslosiguiente:
𝑉2 𝑚𝑒 : 𝑉2 𝑥 + 𝑉2 𝑦 + 𝑉2 𝑧 ∶ 3𝑉2 𝑥 𝑉𝑥∶ 𝑉 𝑚𝑒/√3
El tiempoparaun cruce enla habitaciónesentoncesdadoport: d/𝑉𝑥:√3𝑑/𝑉𝑚𝑒 , y así el
tiempoparaun viaje de iday vueltaes2√3 d/𝑉𝑚𝑒. Así el númerode iday vueltapor
segundoesreciprocode este tiempo,
𝑉𝑚𝑒
2√3 𝑑
⁄
# Viajesde idayvueltaporsegundo:
𝑉 𝑚𝑒
2√3𝑑
: 461 m/s
2√3(7.0m)
: 19 viajesde iday vueltaporsegundo
6. 389.- Cierto gastienecalorespecífico 𝑪 𝒗 = 𝟎. 𝟎𝟑𝟓𝟔
𝒌𝒄𝒂𝒍
𝒌𝒈
. °𝑪,quecambiapoco apoco
sobreunamplio rango detemperaturas. ¿Cuál esla masaatómicade este gas?¿Dequé
gasse trata?
Respuesta:
Suponiendoque esungasmonoatómico,el calorespecificomolaresdadopor 𝐶 𝑣 =
3
2
𝑅. El calor
específicomolarestambiéndadopor 𝐶 𝑣 = 𝑀𝐶𝑣, donde Mes lamasa molecular.Debemos
resolverestasdosexpresionesparaencontrarlamasa molecularylaidentidaddel gas.
𝐶 𝑣 =
3
2
𝑅 = 𝑀𝐶 𝑣 → 𝑀 =
3𝑅
2𝐶 𝑣
=
3 (8,314
𝑗
𝑚𝑜𝑙
. 𝐾)
2 (0,0356
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
. 𝐾)
×
1𝑘𝑐𝑎𝑙
4186𝑗
×
1000 𝑔𝑟
1 𝑘𝑔
= 83,7
𝑔
𝑚𝑜𝑙
De latabla periódica,veremosque el gasesel Kriptón,que tiene unamasamolecularde 83,6
g/mol.
432.- Un meteorito dehierro fundecuando entraa la atmósferadela tierra. Si su
temperaturainicial,fuerade la atmósfera,erade -125°C,calculelavelocidadmínima
queel meteorito debehabertenido antes de entrara la atmósferadela tierra.
Respuesta:
Supongamosque lavelocidadfinalde unmeteorito,cuandose funde porcompleto,es0,y que en
toda suvelocidadinicial utilizoenergíacinéticaparacalentarel hierrohastael puntode fusióny
luegopara fundirel hierro.
1
2
𝑚𝑉𝑖
2
= 𝑚𝐶 𝑓𝑒( 𝑇𝑑𝑒𝑟𝑟𝑒𝑡𝑖 𝑟 − 𝑇𝑖) + 𝑚𝐿 𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 →
𝑉𝑖 = √2[ 𝐶 𝑓𝑒( 𝑇𝑑𝑒𝑟𝑟𝑒𝑡𝑖𝑟 − 𝑇𝑖) + 𝐿 𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛]
𝑉𝑖 = √2 (450
𝑗
𝑘𝑔
. °𝐶)(180°𝐶 − (−125°𝐶)) + 2,89 ×
105 𝑗
𝑘𝑔
𝑉𝑖 = 1424
𝑚
𝑠
7. a
475.-(a)Demuestreque el trabajo hecho porunamáquinade Carnotes igual al área
encerradaporel ciclo Carnotsobreundiagrama PV, figura20-5.(Véaselasección19-
7.) (b) generaliceesto acualquierciclo reversible.
Respuesta:
(a) El trabajo realizado durante cualquier proceso es dado por la ecuación:
𝑊 = 𝑊𝑎𝑏 + 𝑊𝑏𝑐 + 𝑊𝑐𝑑 + 𝑊𝑑𝑎
Así que el trabajo neto realizado es como sigue.
𝑊 = 𝑊𝑎𝑏 + 𝑊𝑏𝑐 + 𝑊𝑐𝑑 + 𝑊𝑑𝑎
𝑊 = ∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑏
𝑎
+ ∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑐
𝑏
+ ∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑑
𝑐
+ ∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑎
𝑑
𝑊 = (∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑏
𝑎
+ ∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑐
𝑏
) − (∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑑
𝑐
+ ∫ 𝑃𝑑𝑉
𝑎
𝑑
)
La sumade los 2 primerostérminosesel áreabajoel abc (laruta ¨superior¨),ylasumade los2
últimostérminosesel áreabajoel caminoadc (el camino¨inferior¨).Entoncesel trabajonetoesel
área encerradapor el ciclo.
(b) Cualquiercicloreversible puede serrepresentadocomounbucle cerradoenel planoPV.
Si seleccionamoslosdospuntosenel bucle conlosvolúmenesmáximosymínimos,
podemosaplicarel razonamientode arribaparaencontrarel trabajoen red.
P
d
b
c
V
8. 518.-(a) suponga que tiene cuatro monedas, todas con el sol hacia arriba. Ahora, las reordena
usted de manera que queden dos águilas y dos soles hacia arriba. ¿Cuál es el cambio en entropía
de las monedas? (b) suponga que su sistema son las cien monedas de la tabla 20-1;¿Cuál es el
cambio en entropía de las monedas si ellas están mezcladas inicialmente al azar, cincuenta
águilas y cincuenta soles, y usted las reordena de manera que las cien muestren águilas? (c)
compare esos cambios ordinarios de entropía termodinámica, como en los ejemplos 20-6, 7, 8,
9.
Respuesta:
(a) Solohay unmicroestadoparacuatro ¨sellos¨:CCCC.Hay6 microestadoscondoscaras y
dos sellos:CCSS,SCSC,SCCS,CSSC,CSCS,SSCC.Utilice laecuaciónparacalcularel cambio
de entropía.
∆𝑆 = 𝐾 ln 𝑊2 − 𝐾 ln 𝑊1 = 𝐾 ln
𝑊1
𝑊2
= (1,38 × 10−23
𝑗
𝑘
)ln6 = 2,47 × 10−23 𝑗/𝑘
(b) Aplicandolaecuaciónanteriorde nuevo.Solohayunmicroestadofinal,y
aproximadamente 1,0 × 1029 microestadosiniciales.
∆𝑆 = 𝐾 ln 𝑊2 − 𝐾 ln 𝑊1 = 𝐾 ln
𝑊1
𝑊2
= (1,38 × 10−23
𝑗
𝑘
) ln(
1
1,0 × 1029
) = −9,2 × 10−23 𝑗/𝑘
(c) Estos cambiossonmuchomás pequeñosque losde loscambiosde entropía
termodinámicaordinaria.
Para procesosordinarios,haymuchosórdenesde magnitudde partículasque lasque
tenemosconsideradaseneste problema.Estoconduce amuchosmás microestadosy
valoresde entropíamás grande.
