sol_F2015Pr1

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: FÍSICA GENERAL II 
Practica Calificada N° 01 
Fecha: Lunes, 27 de Marzo de 2015. 
Sin libros y sin apuntes. Sólo formulario NOMBRE: _____________________________
 HORA: 7:20 a 8:50 am 
INSTRUCCIONES: TRABAJE CON ORDEN Y LIMPIEZA. 
 
Sin libros, ni apuntes. No usar corrector, ni lápiz. No se permite el préstamo de útiles entre alumnos durante 
esta práctica. Se permite formulario. 
 
Teoría (4 puntos) 
 
a. Defina temperatura 
b. Enuncie la ley cero de la termodinámica 
c. Considere dos bebidas enlatadas frías, una envuelta en una manta y la otra 
colocada sobre una mesa en el mismo cuarto. ¿Cuál bebida se entibiará 
más rápido? . 
d. Defina flujo calorífico o potencia térmica. 
 
Problemas (16 puntos) 
 
1. Demuestre que: β=3α 
0
0 0 0 0
0
0 0 0 0 0 0 0
3 3
0 0
3
0 0
3
0 0
0
30 0
0 0
( )( )( )
Se sabe que 
( )( )( )
(1 )
También se sabe que , entonces
(1 )
Dividiendo entre 
(1 )
1
V V T
V V L L L L L L
L L T
V V L L T L L T L L T
V V L T
L V
V V V T
V
V V V
T
V V


  



  
        
  
        
    

    
 
  
2 3
0
1 3 3( ) ( )
V
T T T
V
  

       
 
v
2 3
0
0
Como es un número pequeño al elevarlo al cuadrado o al cubo se hace
más pequeño entonces
( ) 0 ( ) 0
1 1 3
1
3 ..............(1)
De la definición
T T
V
T
V
V
V T

 


 

   
   
    
  
0
0
 de expansión volumétrica
1
.............(2)
Igualando 1 y 2
3
V
V V T
V T
 
 
   
       
  

 
2. Imagine que acaba de comenzar a trabajar como ingeniero en Motores, S.A. y 
le encargaron diseñar pistones de latón que se deslizarán dentro de cilindros de 
acero. Los motores en los que se usarán los pistones operarán a temperaturas 
entre 20 °C y 150 °C. Suponga que los coeficientes de expansión son constantes 
dentro de ese intervalo de temperaturas. 
a) Si el pistón apenas cabe dentro del cilindro a 20 °C, ¿los motores podrán 
operar a temperaturas más altas? Explique su respuesta (1.5 punto). 
b) Si los pistones cilíndricos tienen un diámetro de 25 cm a 20 °C, ¿qué 
diámetro mínimo deberán tener los cilindros a esa temperatura, para que 
los pistones operen a 150 °C? (2.5 puntos). 
 
   
1 15 52.0 10 1.2 10latón pistón acero cilindroC C 
  
       
a) NO, el latón se expande más que el acero. 
b) D0 es el diámetro del cilindro de acero a 20°C 
a 150°C Dcil = Dpistón 
 
0
0
5
0 5
0
25
25(1 )
(1 )
25 1 2 10 (130)
1 1.2 10 (130)
25.026
piston
piston
cil
D cil cm D
T
D
T
x
D
x
D cm




    
 

 




  
  
 
 
3. ¿Cuánto calor (en J, cal y Btu) se requiere para convertir 12 g de hielo a -10 °C 
en agua líquida a 100 °C? (4 puntos) 
3 3
, ,
2100 / 4190 /
334*10 / 2256*10 /
 Hielo -10°C a hielo °C
 12
hielo agua
f agua v agua
C J kgK c J kgK
L J kg L J kg
 
 
     
  
  
3
3
3
*10 2100 0 10 252
 Hielo a °C a agua líquida 0°C
 12*10 334*103 4008
 Agua a 0°C a agua a 100°C
 12*10 4190 10
J
J



  

 0 0 5028
 9288 2219 8.80total
J
Q J cal Btu
 
  
 
 
4. Cuando hace frío, un mecanismo importante de pérdida de calor del cuerpo 
humano es la energía invertida en calentar el aire que entra en los pulmones al 
respirar. 
a. En un frío día de invierno cuando la temperatura es de -20 °C, 
¿cuánto calor se necesita para calentar a la temperatura corporal (37 
°C) los 0.50 litros de aire intercambiados con cada respiración? 
Suponga que el calor específico del aire es de 1200 J/kg.K y que 1.0 
litro de aire tiene una masa de 1.3x10-3 kg. (2 puntos). 
b. ¿Cuánto calor se pierde por hora si se respira 20 veces por minuto? 
(2 puntos). 
 
3
3
1
) (1.3 10 )
2
1
 (1.3 10 )(1200)(37 ( 20))
2
 44.46 /
a m x
Q x
Q J respiracion



  

 
 
20 60min
) 44.46
1min 1
 53352
 14.82
J respiraciones
b Q
respiracion h
J
Q
h
Q W
  
   
  


 
 
 
Algunas fórmulas y constantes 
Tll   , 
ll
AF
Y
/
/

 , 
VV
p
B
/

 , TYAF / , TBp   
 
Calor: Capacidad Calorífica: 
T
Q
C

 , Calor Especifico: 
Tm
Q
c

 , Cambio de fase: mLQ  
grcalHLFusion /7.79)0( 2  , grcalHL nEvaporacio /540)0( 2  , Equiv. del calor: 1cal = 4.186 
Joule. 
Transf. de Calor: Flujo calorífico: 
dt
dQ
H  
Conducción: 
dx
dT
kAH  , Convección: ThAH  , Radiación: H = e  A T4 
 
Constantes de algunos materiales 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Material )/( 3mkg
x10
3
 
Y(Pa) 
x10
11
 
B(Pa) 
x10
11
 
β (°C
-1
) 
x10
-5
 
c 
(cal/gr
o
C) 
Acero 7.960 2.00 1.600 3.60 0.1130 
Aluminio 2.700 0.70 0.700 7.20 0.2150 
Cobre 8.900 1.10 1.400 5.10 0.0923 
Latón 6.0 
Vidrio 2.600 0.55 0.370 1.85 0.2000 
Agua 1.000 0.022 20 1.0000 
Agua de Mar 1.024 0.020 20 
Alcohol 0.009 75 
Mercurio 13.600 0.027 18