TP Termodinamica

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SALTA FISICA 
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES 
ING. AGRONÓMICA Primer Cuatrimestre 2023 
ING. EN RECURSOS NATURALES Y MEDIO AMBIENTE 
 
TRABAJO PRÁCTICO: TERMODINÁMICA 
 
Tema VI: Calor: Termodinámica, Radiación 
6.1 Calor y temperatura. Unidades. Escalas termométricas. 
6.2 Efecto de la temperatura sobre los cuerpos. Dilatación. 
 6.2.1 Comportamiento anómalo del agua. 
6.3 Cantidad de calor. Calor específico. Calor latente de fusión y vaporización. Cambio de estado. Unidades. 
Equivalente mecánico del calor. Instrumentos de medición. 
6.4 Propagación del calor: Conducción. Convección. Radiación. Ley de Stefan-Boltzmann. Unidades. Aplicaciones 
6.5 Leyes de la Termodinámica. 
6.5.1 Ley cero. Equilibrio térmico. 
6.5.2 Primera ley de la Termodinámica. Energía interna. Trabajo originado en los cambios de Volumen. Teoría 
cinética de un gas ideal. Ecuación de estado. Procesos termodinámicos: isocóricos, isobáricos, adiabáticos e 
isotérmicos. Aplicaciones 
6.5.3 Segunda ley de la Termodinámica. Entropía. 
6.5.3.1 Sostenibilidad 
 
Problema 1 (explicado en video): En un termómetro Fahrenheit se observa una marca de 135 °F y en un Celsius se 
leen 35,0 °C, ¿cuál de los dos indica mayor estado térmico? 
 
Problema 2 (explicado en video): 
a) Una barra de cobre mide 8,00 m a 15,0 °C. Hallar la variación que experimenta su longitud al calentarla hasta 35,0 
°C. 
b) Dos rieles de acero de 10,0 metros de largo cada uno, se colocan tocándose uno a otro, a la temperatura de 40,0°C. 
¿A qué separación se encontrarán los extremos de los dos rieles cuando la temperatura baja a -10 °C. α = 13x10-6 
°C-1? 
 
Problema 3 (explicado en video): Determine la cantidad de calor que hay que entregarle a una masa de 3,00 kg de 
agua para calentarla de 20,0 ºC a 100 ºC y ¿si la sustancia es hierro? Compare los resultados y explique la diferencia de 
la cantidad de calor. 
cfe = 0,100 kcal / kg ºC; cagua = 1,00 kcal / kg K 
 
Problema 4 (explicado en video): 
a) Se tienen 5,00 kg de hielo -20,0 ºC. ¿Qué cantidad de calor hay que entregarle al hielo para llevarlo a vapor a 100 
ºC? 
b) Para llevar el vapor de 100 ºC a hielo a – 20,0 ºC. 
c) Realice una gráfica de las 2 evoluciones en un diagrama temperatura – calor entregado. 
chielo = 0,500 kcal / kg ºC; Ll = 80,0 kcal/kg; cagua = 1,00 kcal / kg ºK; Lv = 540 kcal/kg 
 
Problema 5 (explicado en video): En una olla con agua a 20,0 ºC se introduce 1,00 kilo de Fe a 80,0ºC. ¿Cuál será la 
temperatura final del agua con el hierro? 
 
Problema 6 (explicado en video): Se colocan en un recipiente adiabático, a la presión normal, 1,00 Kg de aluminio a 
200 °C y 1,00 kg de hielo a -10,0 ºC. Determinar: 
a) La temperatura final del equilibrio. 
b) La masa de hielo fundido, si es que llegó a fundirse algo de hielo 
 
Problema 7 (explicado en video): La figura representa la evolución de la 
temperatura en función del calor intercambiado cuando, en un recipiente 
adiabático que contiene un kilogramo de cierto sólido (A), se introducen 100 
gramos de un sólido desconocido (B). Si se desprecia el calor intercambiado con 
el recipiente: 
a) ¿Cuál es el calor latente de fusión de A? 
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b) ¿Cuál es el calor específico de B? 
 
Problema 8 (explicado en video): 
a) Calcular la cantidad de calor que se transmite por unidad de tiempo a través de una ventana de 2,00 m2 de 
superficie y espesor 0,500 cm, si la temperatura interior es 20,0 °C y la temperatura exterior 5,00 °C. 
kvidrio = 2,5 x 10 -4 kcal /msK 
b) Dos placas de espesores L1 y L2 y conductividades térmicas k1 y k2 están en 
contacto térmico, como en la figura. Las temperaturas de las superficies exteriores 
son T1 y T2, con T2 > T1. Calcular la temperatura en la interface y la rapidez de 
transferencia de energía en forma de calor a través de las placas cuando se ha 
alcanzado el estado estacionario. 
 
Problema 9 (explicado en video): Calcular la cantidad de calor que emite por radiación una baldosa cuadrada de 30,0 
cm de lado. la baldosa está en un piso a una temperatura de 40,0 °C con e = 0,400. ¿La baldosa emitirá energía en 
forma calor si el piso estuviera a 0 °C? 
 
Problema 10 (explicado en video): 
a) Determinar la cantidad de energía en forma de calor aproximada que emite un ser humano al ambiente. 
b) Calcular la cantidad de calor neta emitida si la temperatura del ambiente que lo rodea es de 20,0 ºC 
c) y 0 ºC. 
Superficie del cuerpo humano:1,5 m2; ecuerpo humano = 0,5 
 
Problema 11 (explicado en video): Un gas encerrado en un cilindro evoluciona desde 
al punto A hasta el punto D como indica la gráfica p vs v. La etapa AB es isobárica, la 
BC es isotérmica y la CD es isocórica. Determine Q, ∆U y Trab: 
a) en cada etapa y 
b) desde A a D 
 
Problema 12 (explicado en video): Un sistema sigue el desarrollo abcd de la figura y 
recibe en este proceso una cantidad de energía en forma de calor de 500 J. 
a) ¿En cuánto varía la energía interna en todo el camino? 
b) Si el sistema vuelve del estado d al estado a en forma isobárica, ¿qué cantidad de calor 
intercambia con el entorno al volver? ¿Absorbe o cede? 
c) ¿qué suposición/es realizó para resolver la situación planteada? 
 
Problema 13 (explicado en video): Un mol de gas ideal monoatómico que está a 1,00 at 
y 20,0 ºC evoluciona en forma reversible. Para ello duplica su volumen a presión 
constante y luego, disminuye la presión a volumen constante hasta bajar su temperatura 
absoluta a la mitad. ¿Cuánto vale la variación de energía interna en todo el proceso? 
R = 8,31 J/mol K; cv = 3/2 R; cp = 5/2 R 
 
Problema 14 (explicado en video): Se tienen 10,0 kg de hielo a 0 ºC t se lo pone en 
contacto con el ambiente que está a 40,0º C de manera que se derrite la mitad. Calcular: 
a) la variación de entropía del hielo, 
b) la variación de entropía del medio y 
c) la variación de entropía del universo 
 
Problema 15 (explicado en video): Un mol de gas ideal evoluciona cumpliendo el ciclo en 
sentido ABCD. ¿Cuáles de las afirmaciones acerca de la variación de entropía del gas (ΔS) 
es la correcta? a) ΔSCICLO  0 (F) 
b) ΔSAB = ΔSCD c) ΔSCICLO 0 (F) d) ΔSAB  ΔSCD e) ΔSAB  ΔSCD (V) 
f) ΔSAB = 0 (F) 
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Problemas opcionales 
 
1.- Dos varillas del mismo tamaño, pero de diferente material, están unidas por un extremo formando una varilla de 
longitud doble. Las conductividades térmicas de las varillas son kA y kB. El extremo libre de la varilla A se mantiene a 
100 ºC y el extremo libre de la B se mantiene a 0 ºC. Toda el área lateral de las varillas está aislada térmicamente. Al 
alcanzar el régimen estacionario la temperatura de la unión entre ambas varillas es de 89,0 ºC. Entonces, se cumple, 
elija la mejor respuesta: 
 kA= 8 kB  kA= 4 kB  kA= 1,8 kB  kA= 1,25 kB  kA= 0,8 kB  kA= 0,25 kB 
 
2.- Una habitación a 19,0 ºC está separada del exterior, a 4,00 ºC por un muro de 15,0 cm de espesor y dimensiones 
2,50 m x 3,50 m formado por un material de conductividad k = 1 Kcal/m hºC. Determe:a) La potencia que en forma de calor atraviesa el muro. 
b) El espesor de una capa aislante de conductividad 0,035 Kcal/m h ºC que deberá adosarse a la pared para que las 
pérdidas de calor queden divididas por 5. 
 
3.- Considere los procesos termodinámicos ABC de un mol de gas ideal indicada en el diagrama P-V. ¿ Cuál es la 
afirmación correcta referida a este gas y al proceso total desde A a B? 
a) Disminuye su energía interna de A a B y la aumenta de B a C 
b) Disminuye su energía interna 
c) Aumenta su energía interna 
d) Recibe trabajo y entrega energía en forma de calor 
e) Entrega una mayor energía en forma de trabajo que en forma de calor 
f) Entrega igual cantidad de energía en forma de trabajo que en forma de calor 
 
4.- Un gas realiza un proceso cíclico como el que se indica en la figura, y durante la 
evolución ABC absorbe una cantidad de calor de 5000 J. ¿ Qué cantidad de energía en 
forma de calor cede el gas en el proceso CDA ? 
 
5.- La figura muestra la relación PV de un ciclo 
ABCA de una máquina cíclica que trabaja 
transformando 1 mol de un gas ideal monoatómico 
a) Calcular la variación de energía interna entre A y C. 
b) Calcular el trabajo realizado en todo el ciclo A-B-C-A, indicando si es trabajo 
recibido o entregado. 
 
6.- Un sistema realiza una evolución adiabática reversible entre los estados A y B, como lo muestra el diagrama p vs v. 
Para ese proceso, la energía del sistema, elija la respuesta más adecuada: 
a) disminuye en más de 500 J 
b) disminuye en menos que 300 J 
c) aumenta en menos que 300 J 
d) aumenta en más de 500 J 
e) disminuye entre 300 J y 500 J 
f) aumenta entre 300 J y 500 J 
 
7.- Un gas ideal se expande contra el vacío, siendo inicialmente su volumen de 4,00 m3, su 
presión, 8,00 at y su temperatura 400 K, hasta una presión final de 1,00 atm. Entonces la 
energía absorbida en forma de calor y la variación de energía interna valen, 
respectivamente, elija la opción correcta: 
a) 0 J; -2,71 J b) 0 J; 0 J c) 0 J; 2,71 J d) 2,71 J; 0 J e) -2,71 J; 0 J f) 2,71 J ; 
2,71 J 
 
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8.- Un gas recorre el ciclo representado en la figura en sentido ABCDA. Diga cuál de las afirmaciones es correcta 
respecto del trabajo (W) en los tramos señalados 
a) WA B= -WCD b) WAB = WCD c) WBC = WDA d) WBC = -WDA e) │WAB │ │WCD 
f) WBC  WDA