SOLUCIoN FINAL PRaCTICA N_2

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 02 
Fecha: Lunes, 16 de Enero de 2012. 
Sin libros y sin apuntes NOMBRE: _____________________________
 HORA: 4:00 a 6:00 pm 
 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
TEORÍA (30 minutos) 
Responder a las siguientes preguntas: 
1. En el siguiente diagrama, diga el nombre que recibe cada punto (1, 2, 3 ,4 y 5) y dé una breve 
explicación. (1 punto) 
 
Estado 1: Liquido comprimido o subenfriado. 
La sustancia no está a punto a evaporarse 
Estado 2: Liquido saturado 
La sustancia está a punto de evaporarse 
Estado 3: Mezcla saturada 
La fase líquida y vapor coexisten 
Estado 4: vapor saturado 
La sustancia está a punto de condensarse 
Estado 5: vapor sobrecalentado 
La sustancia no está a punto de condensarse 
 
2 
 
2. A partir del modelo cinético molecular del Gas ideal halle la expresión que la presión que 
ejerce un gas sobre una pared, por unidad de área. 
(2.5 puntos). 
Demostración: 
 
El cambio de la cantidad de movimiento será: 
2 xm v 
 
Número de choques en promedio contra la pared será: 
1
2
x
N
v dtA
V
 
 
Para el sistema de TODAS las moléculas del gas, el cambio total de 
cantidad de movimiento dPx durante dt es: 
2
xNAmv dtdPx
V
 
Ahora la tasa de cambio de la cantidad de movimiento de la 
componente de la cantidad de movimiento es: 
 
2
xNAmvdPx
dt V
 
 
De la segunda ley de Newton la tasa de cambio de la cantidad 
de movimiento es igual a la fuerza ejercida por el área de 
pared A, sobre las moléculas de gas. 
 
Presión es: 
/p F A 
 
 
Por lo tanto: 
2
xNmvp
V

 
3 
 
3. Mencione los supuestos del modelo cinético molecular, visto en clase (1 puntos). 
1. Un recipiente con volumen V contiene un número muy grande N de moléculas idénticas, 
cada una con masa m. 
2. 2. Las moléculas se comportan como partículas puntuales; su tamaño es pequeño en 
comparación con la distancia media entre partículas y las dimensiones del recipiente. 
3. 3. Las moléculas están en constante movimiento, y obedecen las leyes del movimiento de 
Newton. Las moléculas chocan ocasionalmente con las paredes del recipiente. Tales 
choques son perfectamente elásticos. 
4. 4. Las paredes del recipiente son perfectamente rígidas y con masa infinita; no se mueven. 
 
4. La ecuación de Van der Waals, tiene la siguiente forma:  2
a
p v b RT
v
 
   
 
. Diga qué 
toman en cuenta los términos 
2
a
v
 y b (0.5 puntos) 
2
a
v
 : toma en cuenta las fuerzas intermoleculares 
b: toma en cuenta el volumen que ocupan las moléculas 
 
5. Cuáles son conclusiones a las que se puede llegar a partir de la carta de compresibilidad 
generalizada (0.75 puntos). 
1. A presiones muy bajas (Pr << 1), los gases se comportan como un gas ideal sin considerar 
la temperatura. 
2. A temperaturas altas (Tr> 2), es posible suponer con buena precisión el comportamiento de 
gas ideal, independientemente de la presión (excepto cuando Pr >> 1). 
3. La desviación de un gas respecto al comportamiento de gas ideal es mayor cerca del punto 
crítico. 
 
6. Dibuje el diagrama P-v de una sustancia que se expande al congelarse (0.75 puntos). 
 
4 
 
7. Si aumenta la presión de una sustancia durante un proceso de ebullición ¿aumentará 
también la temperatura, o permanecerá constante? ¿Por qué? (0.75 puntos). 
La temperatura aumentará debido a que la temperatura de ebullición o saturación de una sustancia 
pura depende de la temperatura. 
 
8. Una señora cocina carne para su familia, en una cacerola a) destapada, b) tapada con 
una tapa ligera y c) tapada con una tapa pesada. ¿En cuál caso será más corto el 
tiempo de cocinado? ¿Por qué? (0.75 puntos). 
En el caso c) cuando está tapada con una tapa pesada. Porque a mayor peso de la tapa, mayor será la 
temperatura dentro de la cacerola, de manera que también aumentará la temperatura a la que se está 
cocinando. 
 
5 
 
UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 02 
Fecha: Lunes, 23 de Enero de 2012. 
Sin libros y sin apuntes NOMBRE: _____________________________
 HORA: 4:00 a 6:00 pm 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
EJERCICIOS (90 minutos) 
1. Un tanque de 1 m3 con aire a 25 °C y 500 kPa, se conecta con otro tanque que contiene 5 
kg de aire a 35 °C y 200 kPa, a través de una válvula. La válvula se abre y se deja que, todo el 
sistema llegue al equilibrio térmico con los alrededores que están a 20°C. Determine el volumen 
del segundo tanque y la presión final de equilibrio del aire. (4 puntos) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0.2870
.aire
KJR
Kg K

3
5 (0.2870 )(35 273.15)
.
200
2.21
B
B
KJKg
Kg K
V
KPa
V m



31 2.21 3.21finalV m  
(500)(1)
5.843
(0.287)(298.15)
5.843 5 10.843
(10.843)(0.287)(293.15)
3.21
284.194
A
final
final
final
m
masa Kg
P
P KPa
 
  


6 
 
2. Calcule el volumen específico de vapor de agua sobrecalentado a 3.5 MPa y 450°C, de acuerdo 
con: 
a) La ecuación del gas ideal. 
b) La carta de compresibilidad generalizada 
Determine el error que se comete en cada caso, si el valor experimental es de 0.09196 m
3
/kg. 
(4 puntos) 
 
 
 3.5
450
P MPa
T C

 
2
0.4615
6.471
2206
vapordeagua
H O
cr
cr
Datos
R
T K
P MPa



3.5
0.159
22.06
723.1
1.118
647.1
R
R
P
T
 
 
0.965Z 
3
)
(0.4615)(723.15)
3500
0.09535
0.09196 0.09535
100
0.09196
3.72%
ideal
ideal
a
V
mV
Kg
error
error



 

7 
 
 
 
 
 
 
3. El nitrógeno a 150 K tiene un volumen específico de 0.041884 m3/kg. Determine la presión 
del nitrógeno usando: 
a) La ecuación del gas ideal 
b) La ecuación de Beattie-Bridgeman. 
Compare sus resultados con el valor experimental de 1000 kPa. (2.5 puntos) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
)
0.965(0.09535) 0.09201
0.05%
b
V
error
 

2
2
0
0
0.2968
.
28.013
)
(0.2968)150
1062.94
0.041884
1062.94 1000
6.29%
1000
' 28.013(0.041884) 1.173296
)
0.02617
(1 ) 136.2315(1 )
' 1.173296
133.1929
(1 ) 0.05076
'
N
N
KJR
Kg K
Kg
M
Kmol
a
RT
P KPa
V
error
u Mu
b
a
A A
u
A
b
B B
u
P


  

 
  
   

  
2 3
(1 )( ' )
' '
1000.37
0.037%
UR T c u B
u u T
P
error
  


8 
 
4. La atmósfera de Marte está constituida en su mayor parte por CO2 (masa molar de 44.0 g/mol) 
bajo una presión de 650 Pa, y supondremos que se mantiene constante. En muchos lugares la 
temperatura varía de 0.0 °C en el verano a -100 °C en el invierno. En el transcurso de un año de 
Marte, cuáles son los intervalos de : 
a) La rapidez eficaz de las moléculas de CO2 (1 punto) 
b) La densidad (en moles/m3) de la atmósfera? (2 puntos) 
 
 
1
2
23
23 23
0
100
44
650
0
100
3 3 1.381 10
44 44
6.022 10 1000 6.022 10 1000
393.55
313.34
rms
C rms
C rms
g
M
md
P Pa
T C
T C
KT T
V
mT V
s
mT V
s


 


 
  
  
 
   
 
 
3
3
0
650
0.286
(8.314)(273.15)
100
0.452
T C
n P Pa mol
mV RuT
T C
n mol
mV
 
  
  
