Solucion final P1 - 2012-I

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Responder a las siguientes preguntas: 
1. Cómo se relacionan el coeficiente de expansión lineal y de volumen en sólidos. 
Demostrar y explicar. (1. 5 puntos) 
 
 
 En general los valores para los líquidos son mucho mayores que para los sólidos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Hallar la expresión para calcular el esfuerzo térmico. Demostrar y explicar. 
 (1.5 puntos) 
Si sujetamos rígidamente los extremos de una varilla para evitar su expansión o compresión 
y luego variamos la temperatura aparecerán esfuerzos de tensión o compresión que 
llamamos esfuerzo térmico. 
-Puentes de autopistas 
-Tuberías 
Veamos 
 
Si los esfuerzos están rígidos y variación de T es menor que cero se genera un esfuerzo 
tensión 
 
 
0V V Tβ∆ = ∆
0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
3 2 3
0 0
3
0 0
2 3
0 0
2 3
0
2 3
0
0
( )( )( )
( )( )( )
(1 3 3( ) 3( ) )
(1 3 3( ) 3( ) )
1 1 3 3( ) 3( )
3( ) 3( ) 0
1 3
3
V V L L L L L L
V V L L T L L T L L T
V V L T T T
V L
V V V T T T
V T T T
V
T T
V
V T
V V T
α α α
α α α
α α α
α α α
α α
α
β
α β
+ ∆ = + + +
+ ∆ = + ∆ + ∆ + ∆
+ ∆ = + ∆ + ∆ + ∆
=
+ ∆ = + ∆ + ∆ + ∆
∆
+ = + ∆ + ∆ + ∆
∆ = ∆ =
∆
=
∆
∆ = ∆
=
0
( )térmico
L T
L
α∆ = ∆
Con variación de temperatura y longitud negativos aparece un esfuerzo de tensión que debe 
aumentar en una cantidad apenas suficiente para producir un cambio fraccionario de 
longitud igual y opuesto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Explique porqué 1lbm pesa 1lbf (0.5 puntos) 
Explicado en clase. 
4. Defina calor. (0.5 puntos) 
El calor está definido como la forma de energía que se ttransfiere entre dos sistemas (o 
entre un sistema y sus alrededores) debido a una diferencia de temperatura. Es decir, una 
interacción de energía es calor sólo si ocurre debido a una diferencia de temperatura. 
5. Se le solicita a usted hacer el análisis metabólico (de masa y energía) de una persona. 
¿Cómo definiría usted el sistema para estos fines? ¿Qué tipo de sistema es? (0.5 
puntos) 
Este sistema es uno abierto en el que la masa tal como el aire y los alimentos pueden cruzar 
su frontera de control. El sistema también puede interactuar con el entorno mediante el 
intercambio de calor y trabajar a través de su límite de control. Mediante el seguimiento de 
estas interacciones, podemos determinar las características de conversión de energía de este 
sistema. 
6. Está usted tratando de comprender cómo funciona un dispositivo cilindro -émbolo. 
¿Dibuje, qué sistema usaría usted? ¿Qué tipo de sistema es? (0.5 puntos) 
Para el dibujo ver las diapositivas. Es un sistema cerrado. 
 
0
0
0 0
( )
( ) ( ) 0
0
tensión
térmico tensión
F
AY L
L
L F
L AY
L L
L L
FT
AY
F Y T
A
α
α
⊥
=
∆
∆
=
∆ ∆
+ =
∆ + =
= − ∆
7. ¿Es igual la energía requerida para calentar aire de 295 a 305 K, que la necesaria para 
calentar lo de 345 a 355 K? Suponga que en ambos casos la presión permanece 
constante. (0.5 puntos) 
Muy cerca, pero no. Debido a que la transferencia de calor durante este proceso es Q = 
mcpΔT, y cp varía con la temperatura. 
8. Brevemente diga que es el efecto Seebeck. (0.5 puntos) 
Es un fenómeno termoeléctrico que define que una diferencia de tempeatura puede 
convertirse en electricidad 
9. Diga las dos definiciones de ley cero de la termodinámica, vistas en clase. (0.5 puntos) 
 La ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos se encuentran en 
equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí. 
 La ley cero se puede volver a expresar como: dos cuerpos están en equilibrio térmico 
sí ambos tienen la misma lectura de temperatura incluso si no están en contacto. 
10. Completar (0.5 puntos ) 
 
11. ¿Cómo interpreta la frase: “flujo de calor”? (0.5 puntos) 
Flujo de calor: se interpreta como la transferencia de energía térmica 
12. ¿Qué es calor sensible y calor latente? (0.25 puntos c/u) 
Calor sensible: es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente o disminuya 
su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. 
Calor latente: o calor de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para 
cambiar de fase. 
 
 
1 
 
UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 01 
Fecha: Lunes, 16 de Marzo de 2012. 
Sin libros, sin apuntes, sólo formularios, tablas 
y calculadora simple 
NOMBRE: _____________________________ 
HORA: 3:00 a 5:00 pm 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
EJERCICIOS (90 minutos) 
1. Un dispositivo electrónico ha sido diseñado en forma deficiente de modo que dos tornillos unidos 
a piezas diferentes del dispositivo casi se tocan entre sí en su interior, como se ve en la figura. 
Los tornillos de acero y bronce están a diferentes potenciales eléctricos y si se tocan se produce 
un cortocircuito, lo cual daña al dispositivo. Si la distancia entre los extremos de los tornillos es 
5.0 μm a 27°C, ¿a qué temperatura se tocarán los tornillos? (3 puntos) 
[ ]
[ ]
15
15
1.2 10
1.9 10
acero
bronce
C
C
α
α
−−
−−
= × °
= × °
 
 
 
6
0, 0,
6
, ,
6
5 5
 5 10
5 10 
5 10 T= 
1.9 10 (0.03) 1.2 10 (0.01)
 
br ac br br acero acero
br o br ac o acero
L L L T L T x
xT
L L
x
x x
α α
α α
−
−
−
− −
∆ + ∆ = ∆ + ∆ =
∆ =
+
∆
+
0
0 0 0
 T= 7.25 C
 Temperatura a la que se tocan 27 C 7.24 C=34.25 C
∆
+
 
 
 
2. El láser Nova del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en California, se usa en estudios 
para iniciar una fusión nuclear controlada. Puede entregar una potencia de 1.6x1013 W durante un 
intervalo de tiempo de 2.50 ns. Compare su energía de salida en uno de estos intervalos con la 
energía necesaria para hacer que se caliente una olla de agua de 0.8 kg de agua de 20.0°C a 
100°C. (3 puntos) 
 
 
2 
 
 
 
 
 
 
3. El señor Julio está preparando un aderezo para pasta y tiene una taza medidora cilíndrica de 10 
cm de altura hecha de vidrio ordinario [β=2.7x10-5 (C°)-1] llena con aceite de oliva [β=6.8x10-4 
(C°)-1] hasta una altura de 1 mm por debajo del borde de la taza. En un principio, la taza y el 
aceite están a temperatura ambiente (22.0 °C). El teléfono suena y Julio se olvida del aceite de 
oliva, que por descuido dejó calentando sobre la estufa encendida. La taza y el aceite se calientan 
lentamente, y tienen la misma temperatura. ¿A qué temperatura comenzará a derramarse el 
aceite? (3 puntos) 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. ¿Cuánto calor (en J, cal y Btu) se requiere para convertir 12 g de hielo a -10 °C en vapor a 100 
°C? (3 puntos) 
3 3
, ,
2100 4190
334 10 2256 10
hielo agua
f agua v agua
J Jc ckgK kgK
J JL Lkg kg
= =
= × = ×
 
 
13 9 4
1
5
2
2 1
(1.6 10 )(2.5 10 ) 4 10
0.8(4190)(80) 2.68 10
Q es mayor que Q en 6.704 veces
JQ P t x x s x J
s
Q x J
−= ∆ = =
= =
3
4 5 3
3
4 5
 1 10
 (0.099)(6.8 10 ) (0.1)(2.7 10 ) 1 10
1 10 T=
(0.099)(6.8 10 ) (0.1)(2.7 10 )
 1
aceite vidrio x A
x TA x TA x A
x
x x
T
−
− − −
−
− −
∆ = ∆ +
∆ = ∆ +
∆
−
∆ = 0
2
5.475 
 Por lo tanto T 22 15.475 37.475
C
= + =
0 0
3
0 0
3
0 0
3
0 0
3
hielo -10 a hielo C
(12 10 )(2100)(0 ( 10)) 252
hielo C a agua liquida 0 C
(12 10 )(334 103) 4008
agua 0 C a agua a 100 C
(12 10 )(4190)(100 0) 5028
agua 100 C a vapor a 100 C
(12 10 )(225 1
C
x J
x x J
x J
x x
−
−
−
−
− − =
=
− =
03) 27072
36360 8687.13 34.462total
J
Q J cal Btu
=
= = =
	solucionario teoría
	Práctica 1 - F2 - 2012-I - Ejercicios
	UNIVERSIDAD DE PIURA
	FACULTAD DE INGENIERÍA
	Practica Calificada N 01
	INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA.