Prática de Termometría e Dilatação

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FISICA GENERAL. CIENCIAS NATURALES. Año 2012 
Práctica 14: Termometría. Dilatación. Cambios de estado. 
 
1) Completar el cuadro indicando los valores de las temperaturas en las diferentes escalas 
indicadas: 
Temperaturas de algunos sistemas Kelvin (K) grados Celsius (°C) grados Fahrenheit (°F) 
Superficie del sol 6x10
3
 
Ebullición del nitrógeno líquido -196 
Fusión del tungsteno 3,6x10
3
 
Gato doméstico sano en reposo 38,5 
 
2) Un superconductor de alta temperatura YBa2 Cu3 O7 adquiere la propiedad de 
superconductividad cuando la temperatura se baja a 92K. Determinar esta temperatura en grados. 
Respuesta: -294F. 
 
3) Se colocan vías de acero para el ferrocarril cuando la temperatura es de -5 °C. La longitud 
normal del riel es de 12 m de longitud. a) Qué espaciado deberá dejarse entre los extremos de las 
vías de modo que no exista una compresión cuando la temperatura suba hasta los 42 °C ? 
(Considerar α acero = 11 x 10
-6
 °C
-1
). 
b) Teniendo en cuenta que la sección transversal del riel es de 20 cm
2
, y que el módulo de Young 
del acero es Y = 2x10
11
 Nm
-2
, que fuerza hubiera tenido que ejercerse para conseguir el mismo 
alargamiento trabajando a una temperatura de –5 °C? 
Respuesta: a) 6,2 mm b) 206,8 kN, el equivalente a 21,1 Tn 
 
4) Poco después de que se formara la Tierra, el calor liberado por la desintegración de elementos 
radiactivos elevó la temperatura interna promedio de 300 a 3000 K, valor en el que permanece en 
la actualidad, aproximadamente. Suponiendo un coeficiente de dilatación volumétrica promedio 
de 3,2x10
-5
 K
-1
. En cuanto ha aumentado el radio de la Tierra desde su formación? 
Respuesta: un 2,8 % 
 
5) La distancia entre las torres en los extremos del tramo principal del puente Golden Gate en 
San Francisco as de 4200 pies. La flecha del cable a la mitad entre las torres, a la temperatura de 
50F es de 470 pies. Tomar α 0 6,5 10
-6 
/F para el cable y calcular el cambio de longuitud del 
cable entre las torres y el cambio ce la flecha del centro para una variación de temperatura de -20 
a 110F. Suponer que no se flexionan las torres. 
Nota: 1 pie = 0.3048 metros. 
 
6) Un objeto de 6,5 kg de masa cae desde una altura de 50 m y, por medio de una transmisión 
mecánica, hace girar a una rueda de paletas que agita 520 g de agua. Si el agua esta inicialmente 
a 15 °C y consideramos que toda la energía se convierte en calor. A cuanto se eleva la 
temperatura del agua? 
Respuesta: 16,46 °C 
 
7) Para medir el calor específico del plomo, se calientan 600 g de este metal a 100C y se colocan 
en un calorímetro de aluminio de 200grs de masa que contiene agua inicialmente a 17,3C. Si la 
temperatura final del agua es 20C, ¿Cuál es el calor específico del plomo? 
Nota: Calor específico del aluminio 0,9 KJ/ (Kg K) 
Respuesta: 0,13 KJ/(kg K) 
 
8) Se quita del congelador (-8 °C) un bloque de hielo cubico de 10cm de lado, y se lo coloca en 
un horno de microondas de 800W de potencia. Hallar la cantidad de calor que se requerirá para: 
a) llevarlo a 0 °C; b) fundir el hielo; c) calentar la masa de agua resultante desde 0 °C hasta 100 
°C; d) transformar el agua completamente en vapor a la presión atmosférica. e) Exprese los 
resultados en Joules. f) Cuanto tiempo le toma al microondas cada etapa, si consideramos que no 
hay perdidas ? g) Estime nuevamente los tiempos si, en lugar del bloque de hielo, utilizamos 200 
cm
3
 (una taza) de agua. h) Coincide el resultado obtenido en este caso para el proceso c) con su 
experiencia cotidiana? ¿Qué no está considerando? 
El calor específico del hielo es ch = 0,492 kcal/kg°C; el calor específico del agua es cag = 1 kcal / 
kg°C; el calor latente de fusión Lf = 79,7 kcal/kg y el calor latente de vaporización Lv = 539 kcal/ 
kg. 
 
9) Un cuerpo de 100 kg se desliza con velocidad v sobre una superficie horizontal sin fricción. El 
cuerpo entra en una zona de rozamiento y queda en reposo. a) Cual es la velocidad inicial del 
cuerpo si, por algún mecanismo, el trabajo de la fuerza de roce se utiliza para calentar medio litro 
de agua de 15 a 17 °C? Suponer despreciables las pérdidas al medio ambiente. 
b) Si se utiliza la energía cinética del cuerpo para derretir hielo a 0 ºC, cuanta masa se puede 
derretir? c) Si se utiliza la energía cinética del cuerpo para evaporar agua a 100 ºC, cuanta masa 
se puede evaporar? 
Respuestas: 
a) 9.15 m/s b) 12.55 g c) 1.86 g 
 
10) Una muestra de cobre cuya masa mc es de 75 g se calienta en un horno de laboratorio a una 
temperatura T de 312 °C. El cobre se deja caer luego en un vaso de precipitado que contiene una 
masa de agua ma = 220 g. La capacidad calorífica efectiva Cv' del vaso es de 190 J/K. La 
temperatura inicial del agua Ti y del vaso es de 12 °C. Cuál es la temperatura final común Tf del 
cobre, el vaso y el agua? 
El calor especifico del cobre es cCu=0,385 J/gK. 
Respuesta: 19,6°C 
 
11) A una mezcla de 200 g de hielo y 100 g de agua en equilibrio térmico, se le introducen 20 g 
de vapor a 1 atm y a 110 °C. a) Cual será la temperatura final del sistema? Suponer despreciables 
las pérdidas al medio ambiente. b) Calcule que cantidad de hielo queda sin fundir. 
El calor especifico del vapor de agua (entre 100 y 200 °C) es cv= 0,47 kcal / kg°C. 
Respuestas: a) 0°C b) 174,6g