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ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 1 CALORIMETRIA Se encarga de estudiar el calor transitorio que puede pasar de un cuerpo a otro. CALOR El calor (Q) es la energía que se transmite de un cuerpo a otro, solamente a causa de una diferencia de temperaturas entre los cuerpos. Siempre se transmite del más caliente al más frío. CAPACIDAD CALORÍFICA (C) Es la cantidad de calor que debe ganar o perder un cuerpo para elevar o disminuir su temperatura en un grado. Q C T ; Cal J kcal, , º C º C º C CALOR ESPECÍFICO (Ce) Es la cantidad de calor por unidad de masa que necesita cierta sustancia para generarle una variación de 1ºC e Q C = m. T ; cal J, g.ºC kg.ºC CALOR ABSORBIDO POR UN CUERPO (Q) Es la cantidad de calor que absorbe un cuerpo sin generarle un cambio de estado. Q m.Ce. t TEMPERATURA DE UNA MEZCLA (EQUILIBRIO TERMICO) También conocido como la ley cero de la termodinámica. Dos cuerpos que se encuentran a la misma temperatura se encuentran en equilibrio térmico. Esto quiere decir que no existirá transferencia de calor entre ellos. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA CALORIMETRIA De la conservación de la energía el calor ganado por un cuerpo será igual al calor perdido por el otro. calor que ganan calor que pierden los los cuerpos frios cuerpos calientes Q Q CALORIMETRO DE MEZCLAS Es aquel recipiente ideal que no permite que entre o salga calor de él. El calorímetro de mezclas es usado para determinar los calores específicos de los cuerpos utilizando el principio fundamental de la calorimetría. EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO Cuando el calorímetro es real, este puede absorber calor, entonces la cantidad de calor que puede absorber un calorímetro o ceder; se compara con cierta masa de agua que produzca el mismo efecto. eqm = masa de agua del calorímetro EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR Con este y otros experimentos, James Joule encontró que una determinada cantidad de trabajo era equivalente a una cantidad de calor. Demostrándose: 1 cal 4,18 J 1J 0,24cal Edwin Escalante Flores A B BA Q eT 1T 2T 1 2T T 2 e 1T T T eT metal 2T 1T agua 2 1T T ganado perdido agua metal Q Q 2 2H O H O e 1 metal metal 2 e m .Ce .(T T ) m .Ce .(T T ) eq Calorimetro m vierte agua caliente 2eq H O Q m .Ce . T Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 2 CAMBIO DE FASE Es aquel proceso por el cual cambia el ordenamiento molecular dentro de un material, lo que se presenta cuando la sustancia pasa de sólido a líquido, de líquido a vapor o viceversa. Características: 1. Las temperaturas de cambio de fase dependen de la presión externa que soporte el material. 2. Si la presión externa se mantiene constante, el cambio de fase sucede isotérmicamente. Sólido Sublimación directa Fusión Solidificación Sublimación inversa VaporLíquido Vaporización Condensación CALOR LATENTE (L) Esta magnitud es una característica de cada material, nos indica la cantidad de calor que se debe dar o quitar a cada unidad de masa para producirle cambio de fase, bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura. Algunos valores típicos son: Fusión(hielo) Solidificación(agua) L 80cal/gP 1atm T 0ºC L 80cal/g Vaporización(agua) Condensación(vapordeagua) L 540cal/gP 1atm T 100ºC L 540cal/g En todo cambio de fase: Q m.L Q = calor de transformación o de cambio de fase m = masa que cambia de fase L = calor latente correspondiente LA TRANSFERENCIA DE CALOR Sabemos que se transfiere calor entre un sistema y su ambiente cuando su temperatura es diferente. No obstante, aún no se recibe el mecanismo en virtud del cual se lleva a cabo la transferencia. Son tres: conducción, convección y radiación. Vamos a examinar cada uno por separado. CONDUCCIÓN TÉRMICA Si dejamos un atizador en el fuego suficiente tiempo, su mango se pondrá caliente. Se transfiere energía el fuego al mango mediante la conducción térmica a través de la vara metálica. En los metales algunos de los electrones atómicos pueden moverse libremente dentro de los confines del objeto y; por tanto, están en condiciones de transmitir el incremento de su energía cinética de las regiones de alta temperatura a las de temperatura más baja. De ese modo una región de temperatura creciente cruza la varilla y llega a nuestra mano. Q Temperatura T + T Área A Temperatura Tx Fluye calor Q a través de una losa rectangular cuyo material tiene un espesor x y una superficie A. Los hallazgos experimentales anteriores los resumimos así: T H kA x expresión en que la constante de proporcionalidad k se denomina conductividad térmica del material. En el SI la unidad de k es el watt por metro kelvin (W/m K). CONVECCIÓN Si observa la llama de una vela o de un fósforo, verá cómo se transporta energía hacia arriba por convección. Este tipo de transferencia tiene lugar cuando un fluido, digamos el aire o el agua, entra en contacto con un objeto cuya temperatura es mayor que la de su ambiente. Se eleva la temperatura del líquido en contacto con el objeto caliente y (en la generalidad de los casos) se expande el líquido. El fluido caliente es menos denso que el fluido más frío circundante, por lo cual se eleva a causa de las fuerzas de flotación. El fluido más frío del ambiente cae y toma el lugar del fluido más caliente que se eleva, iniciándose así una circulación convectiva. La convección atmosférica contribuye mucho a determinar los patrones globales climatológicos y las variaciones meteorológicas diarias. La convección también puede ser artificial, como cuando un soplador de horno hace circular el aire para calentar las habitaciones de una casa. RADIACIÓN La energía proveniente del Sol llega a nosotros debido a las ondas electromagnéticas que se desplazan libremente por el casi vacío del espacio intermedio. El mismo proceso nos calienta cuando Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 3 estamos cerca de una fogata o de una hoguera al aire libre. Todos los objetos emiten este tipo de radiación electromagnética por su temperatura y también absorben parte de la que cae en ellos procedente de otros objetos. Cuando más alta sea la temperatura de un objeto, más irradiará. Así, la temperatura promedio de la Tierra se estabiliza a unos 300 K porque ella irradia energía hacia el espacio con la misma rapidez con que la recibe del Sol. 01. Para una transferencia de calor es necesaria: a) La presencia de un cuerpo caliente b) La presencia de un cuerpo frio c) Una diferencia de temperatura d) La presencia de fuego e) N.A. 02. Cuando el calor se transfiere a una sustancia, se almacena en forma de: a) calor b) temperatura c) no se sabe d) energía interna e) calor especifico 03. El calor es la energía que se transmite de una sustancia caliente a otra …………… a) caliente b) más caliente c) fría d) congelada e) no se sabe 04. Si tocamos un trozo de hielo, se cumplirá que: I. La mano pierde energía interna II. El hielo eleva su energía interna III. La mano pierde energía interna en forma de calor a) I y II b) I y III c) II y III d) solo II e) todas 05. Los líquidos y los gases son malos conductores de calor, estos mayormente se calientan por: a) conducción b) convección c) radiación d) conducción y convección e) radiación y conducción 06. ¿Cuál es la forma de transmisiónde calor que puede suceder a través del vació? a) conducción b) convección c) radiación d) conducción y convección e) todas las anteriores 07. La unidad, en SI, empleada para medir el calor es: a) caloría b) joule c) kilocaloría d) ergio e) Celsius 08. Hay sustancias como el agua que se resisten al calentamiento, esto se mide con: a) la caloría b) el joule c) el calor especifico d) la temperatura e) no se mide 09. La masa de una lata de aluminio (C = 0,22 cal/ºC) es 100 g. Halle el calor que se requiere para calentar la lata de manera que su temperatura se eleve en 20ºC. a) 400 cal b) 410 cal c) 420 cal d) 430 cal e) 440 cal 10. Una billa de acero de 50 g está a 20 °C, ¿hasta qué temperatura se calentará, si recibe 220 cal? acero(Ce 0,11cal/ g. C) a) 40 °C b) 60 °C c) 80 °C d) 100 °C e) 120 °C 11. Una placa de vidrio de 0,5 kg se enfría lentamente de 80 °C a 30 °C ¿Cuánto calor libera la placa? vidrio(Ce 0,02cal/ g. C) a) 100 cal b) 200 cal c) 300 cal d) 400 cal e) 500 cal 12. Cuando una pieza de metal de 60 g recibe 540 cal, su temperatura se eleva en 45 °C. Halle el calor especifico de este metal, en cal/g.°C. a) 0,1 b) 0,2 c) 0,3 Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 4 d) 0,4 e) 0,5 13. Cuarenta gramos de agua deben ser calentados desde 20 °C hasta 80 °C. ¿Cuántas calorías serán necesarias? a) 2000 b) 2200 c) 2400 d) 2600 e) 2800 14. Un recipiente de aluminio de 300 g contiene 200 de agua a 20 °C. ¿Qué calor se requiere para calentar hasta 30 °C el recipiente con el agua? AlCe 0,22cal/ g. C a) 660 cal b) 2000 cal c) 2660 cal d) 3260 cal e) 3660 cal 15. Dos litros de agua a 20ºC se mezclan con 3 litros de agua a 30ºC. ¿Qué temperatura de equilibrio alcanza la mezcla? a) 24ºC b) 25ºC c) 26ºC d) 27ºC e) 28ºC 16. Una taza de metal de 200 g de masa está a 20ºC, en ella se coloca 300 g de agua a 80ºC lográndose una temperatura de equilibrio de 70ºC. Calcule el calor especifico del metal en cal/g.ºC a) 0,25 b) 0,30 c) 0,35 d) 0,40 e) 0,45 17. ¿Qué calor se libera al frenar, hasta detenerse, un pequeño coche de 400 kg cuya rapidez es de 10 m/s? a) 4800 cal b) 4600 cal c) 4400 cal d) 4200 cal e) 4000 cal 18. Si al caer una manzana de 100 g desde una altura de 5 m, la energía potencial se transforma en calor, ¿Cuántas calorías se producirá? a) 0,6 b) 0,8 c) 1,0 d) 1,2 e) 1,4 19. Una mezcla de agua y aceite está a 10ºC y contiene 15 g de agua y 20 g de aceite. ¿Qué calor se requiere para calentar la mezcla hasta los 30ºC? El calor especifico del aceite es de 0,6 cal/g.ºC a) 500 cal b) 510 cal c) 520 cal d) 530 cal e) 540 cal 20. Una pieza de acero acero(Ce 0,11cal/g.ºC) de 500 g se extrae de un horno a 250ºC, al enfriarse libera 12650 cal. Halle la temperatura del medio ambiente. a) 18ºC b) 19ºC c) 20ºC d) 21ºC e) 22ºC 21. Cantidades iguales de calor se agregan a masas iguales de aceite y agua. La temperatura del agua se eleva en 10ºC y la del aceite en 15ºC. Halle el calor especifico del aceite, en cal/g.ºC a) 0,57 b) 0,67 c) 0,77 d) 0,87 e) 0,97 22. Cuando un trozo de metal recibe cierta cantidad de calor, su temperatura se eleva en 8ºC. Si la cantidad de calor se duplica y la masa del metal se reduce en la tercera parte, la temperatura se eleva en: a) 8ºC b) 16ºC c) 24ºC d) 32ºC e) 40ºC 23. Halle la temperatura de equilibrio, en ºC, que resulta de mezclar 40ºg de agua a 20ºC con 60g de agua hirviendo. a) 56 b) 60 c) 64 d) 68 e) 72 24. Se sumerge 400 g de mercurio a 60ºC, en 600 g de agua a 25ºC. La temperatura de equilibrio es 25,8ºC. Halle el calor especifico del mercurio, en cal/g.ºC a) 0,015 b) 0,025 c) 0,035 d) 0,045 e) 0,055 25. Un recipiente que no absorbe calor contiene 180 g de agua a 27ºC; en él se introduce un trozo de latón de 0,5 kg que se ha extraído de Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 5 un horno a 104ºC. ¿Cuál será la temperatura de equilibrio? latón(Ce 0,06cal/g.ºC) a) 38ºC b) 39ºC c) 40ºC d) 41ºC e) 42ºC 26. Un calorímetro de aluminio, de 200 g contiene 500 g de agua a 20ºC. se introduce una pieza de plomo de 1 kg a 100ºC. Calcule la temperatura de equilibrio. AlCe 0,22cal/g.ºC ; PbCe 0,032cal/g.ºC a) 20,4ºC b) 22,4ºC c) 24,4ºC d) 26,4ºC e) 28,4ºC 27. La masa de una bola de acero es de 1 kg, al ser soltada, impacta en el suelo con una velocidad de 10 m/s y rebota con 6 m/s. ¿Qué cantidad de calor se produce? a) 6,68 cal b) 7,68 cal c) 8,68 cal d) 9,68 cal e) 10,68 cal 28. La cabeza de 0,6 kg de un martillo tiene una velocidad de 10 m/s, cuando choca con un clavo y se detiene. Calcule las calorías liberadas. a) 3,2 b) 4,2 c) 5,2 d) 6,2 e) 7,2 29. Una gran roca de mármol mármol(Ce 0,2cal/g.ºC) de 200 kg, cae verticalmente desde una altura de 150 m y choca con el terreno. Calcule el aumento de la temperatura de la roca si permanece en ella el 50% del calor generado. a) 0,40ºC b) 0,50ºC c) 0,80ºC d) 0,90ºC e) 1,20ºC 30. Si se convirtiera en energía térmica toda la energía potencial del agua de una catarata de 100 m de altura, ¿Cuál sería la diferencia de temperatura (en ºC) entre la cima y la base de la catarata? a) 0,14 b) 0,24 c) 0,34 d) 0,44 e) 0,54 31. Señalar verdadero (V) o falso (F) I. Entre dos cuerpos con distinta temperatura tendrá mayor calor el de mayor temperatura. II. La expresión dimensional del calor es la misma que el del trabajo. III. El equivalente mecánico de la caloría es 1 cal = 4,186 J a) VVV b) FVV c) FFV d) FVF e) FFF 32. ¿Cuánto de agua a 10ºC se debe mezclar con agua a 30ºC para obtener 20g de agua a 25ºC? a) 3 g b) 5 g c) 7 g d) 8 g e) 10 g 33. Una patinadora de 60 kg se mueve con una rapidez de 8 m/s, ¿Qué calor se genera hasta detenerse debido a la fricción del piso? a) 460,8 cal b) 480,8 cal c) 500,8 cal d) 520,8 cal e) 540,8 cal 34. Un calorímetro de latón de 200 g contiene 501,2 g de agua a 20ºC, se introduce 250 g de plomo a 100ºC; observándose una temperatura de equilibrio de 21,32ºC. Calcule el calor especifico del plomo, cal/g.ºC latónCe 0,067cal / g.ºC a) 0,025 b) 0,035 c) 0,045 d) 0,055 e) 0,065 35. Se mezclan 2 litros de agua a 20°C con 3 litros de agua a 30°C. ¿Qué temperatura de equilibrio alcanzará la mezcla? a) 24°C b) 25°C c) 26°C d) 27°C e) 28°C 36. Un bloque metálico (Ce = 0,03cal/gºC) de 1kg y a 200ºC se coloca en un calorímetro que contiene 200 g de agua a 0ºC. Determine la temperatura de equilibrio, en ºC, si el calorímetro absorbe 1400 cal. a) 10°C b) 20°C c) 30°C Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 6 d) 15°C e) 25°C 37. En un cambio de fase, la temperatura: a) es cero b) aumenta c) disminuye d) permanece constante e) N.A. 38. Cuando el hielo se derrite, decimos que sucede una …………. a) solidificación b) fusión c) vaporización d) condensación e) sublimación 39. Si el plomo se funde a 327 °C, cuando solidifica lo hace a: a) 327 °C b) más de 327 °C c) menos de327 °C d) no se sabe e) F.D. 40. El calor latente de solidificación del agua, a nivel del mar, es: a) 80 cal/g b) – 80 cal/g c) 540 cal/g d) – 540 cal/g e) no se sabe 41. Para que 1 g de hielo a 0 °C se transforme a 1 g de agua a 0 °C, ¿Cuántas calorías se requiere? a) cero b) – 80 c) 80 d) 540 e) – 540 42. En la cima de una montaña muy alta, el agua hierve a una temperatura ………… a) igual a 0 °C b) igual a 100 °C c) mayor que 100 °C d) menor que 100 °C e) mucho mayor que 100 °C 43. La evaporación de un líquido ……………. a) sucede a una temperatura especial b) se produce en todo el líquido c) sucede a cualquier temperatura d) se produce solamente en la superficie del líquido e) hay dos respuestas 44. La vaporización brusca que sucede a una temperatura especial, se denomina: a) sublimación b) condensación c) ebullición d) evaporación e) sublimación regresiva 45. Se muestra dos recipientes de diferente fondo, conteniendo agua a temperatura ambiente ¿en qué recipiente es mayor la evaporación? a) en A b) en B c) iguales d) no se evaporan e) N.A. 46. De las siguientes afirmaciones, son ciertas: I. A nivel del mar, el agua hierve a 100 °C II. A mayor altura, menor será la temperatura de ebullición III. La ebullición se produce solamente en la superficie del líquido. a) I y II b) I y III c) II y III d) solo I e) solo II 47. En los depósitos idénticos hay agua a diferente temperatura. ¿En qué deposito la evaporación será mayor? a) en A b) en B c) iguales d) no evaporan e) N.A. 48. De una nevera se extrae 30 g de hielo a 0° C, halle el calor necesario para derretirlo, en cal. a) 2000 b) 2400 c) 2800 d) 3200 e) 3600 49. ¿Qué calor se requiere para derretir 5 g de hielo cuya temperatura es 10 °C? hieloCe 0,5cal/ g. C a) 400 cal b) 415 cal c) 425 cal d) 450 cal e) 475 cal (A) (B) (A) (B) 18 C 24 C Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 7 50. Una vez que el agua empieza a hervir, ¿Qué cantidad de calor se debe administrar para vaporizar 50 g de agua? a) 27 kcal b) 28 kcal c) 29 kcal d) 30 kcal e) 31 kcal 51. En una cacerola hay 2 kg de agua a 20 °C, halle las kcal que se necesitan para vaporizar toda el agua. Considere que la cacerola no absorbe calor. a) 840 b) 940 c) 4040 d) 1140 e) 1240 52. Determine el calor latente de fusión de una sustancia si para fundir 135 g de la sustancia hacen falta 5,4 kcal. a) 10 cal/g b) 20 cal/g c) 30 cal/g d) 40 cal/g e) 50 cal/g 53. Calcule la temperatura final cuando se mezcla 60 g de agua hirviendo con 20 g de hielo a 0 °C. a) 50 °C b) 55 °C c) 60 °C d) 65 °C e) 70 °C 54. ¿Qué masa de hielo a 0 °C podemos fundir con 3520 cal? a) 42 g b) 44 g c) 46 g d) 48 g e) 50 g 55. Una esfera de plomo Pb(Ce 0,03cal/ g. C) de 2 kg ha sido calentado hasta 160 °C, halle la cantidad de hielo que se derrite cuando colocamos esta esfera en una cavidad practicada en un lago congelado a 0 °C. a) 80 g b) 90 g c) 100 g d) 110 g e) 120 g 56. Para disminuir la temperatura de 300 g de agua que está a 46 °C se hecha 15 g de hielo a 0 °C, calcule la temperatura final. a) 38 °C b) 39 °C c) 40 °C d) 41 °C e) 42 °C 57. Calcule la cantidad de calor que se requiere para que un gramo de hielo a 0 °C sea convertido a vapor a 100 °C, en calorías. a) 80 b) 100 c) 180 d) 540 e) 720 58. En un plano de acero de 300 g hay 20 g de hielo a 0 °C, determine el calor que suavemente se debe suministrar al conjunto para convertir a vapor el hielo. acero(Ce 0,11cal/g. C) a) 16,7 kcal b) 17,7 kcal c) 18,7 kcal d) 19,7 kcal e) 20,7 kcal 59. Una muestra de plomo Pb(Ce 0,03cal/g. C) está a la temperatura de 27 °C, su masa es de 500 g. Halle el calor necesario para derretir toda la masa de plomo. Temperatura de fusión del plomo: 327 °C Calor latente de fusión del plomo: 5,5 cal/g a) 5,25 kcal b) 6,25 kcal c) 7,25 kcal d) 8,25 kcal e) 9,25 kcal 60. Calcule la cantidad de calor para que 20 g de hielo a – 10 °C sea transformado a 20 g de vapor a 120 °C. ( hieloCe 0,5cal/g. C ; vapor de aguaCe 0,45cal/g. C ) a) 14,68 kcal b) 15,68 kcal c) 16,68 kcal d) 17,68 kcal e) 18,68 kcal 61. ¿Qué masa de hielo a 0 °C debe agregarse a 860 g de agua a 18 °C para que la mezcla quede a 6 °C? a) 100 g b) 110 g c) 120 g d) 130 g e) 140 g 62. En un litro de agua que está a 25 °C se echan 4 cubitos de hielo de 50 g cada uno, que están a – 6 °C ¿Qué temperatura de equilibrio se obtiene? hielo(Ce 0,5cal/g. C) a) 6 °C b) 7 °C c) 8 °C d) 9 °C e) 10 °C 63. ¿Cuál es la máxima cantidad de hielo a 0 °C que se puede derretir en 0,4 litros de agua que están a 20 °C? Edwin Escalante Flores Física ACADEMIA YACHASUN (Av. Los incas 710) 8 a) 60 g b) 70 g c) 80 g d) 90 g e) 100 g 64. ¿Qué cantidad de hielo se derrite cuando un trozo de hierro de 2 kg, sacado de un horno a 400 °C, se coloca sobre un bloque grande de hielo que está a 0 °C? ( FeCe 0,11cal/g. C ) a) 1000 g b) 1100 g c) 1200 g d) 1300 g e) 1400 g 65. ¿Cuántos gramos de agua hirviendo se debe mezclar con 10 g de hielo a 0 °C, para obtener una temperatura de equilibrio de 40 °C? a) 5 g b) 10 g c) 15 g d) 20 g e) 25 g 66. Halle la cantidad de agua que se vaporiza cuando a un litro de agua, que está a 80 °C, se le suministra 25,4 kcal a) 0 b) 5 g c) 10 g d) 100 g e) 1000 g 67. ¿Cuántos gramos de hielo a 0 °C deben introducirse en 1 litro de agua a 20 °C para que la temperatura baje hasta 0 °C? a) 250 b) 400 c) 650 d) 800 e) 1000 68. En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tiene hielo. Si el calor suministrado varía según la gráfica mostrada, determine la composición del sistema cuando se ha suministrado 2930 calorías. a) 2 g de vapor y 8 g de agua b) 4 g de vapor y 6 g de agua c) 5 g de vapor y 15 g de agua d) 12 g de vapor y 8 g de agua e) 5 g de vapor y 5 g de agua 69. El gráfico muestra la variación de la temperatura con el calor de una muestra de 10 g de masa. Indique una (V) si es verdadera y una (F) si es falsa la proposición. I. El calor latente fusión es 200 cal/g II. El color específico de su fase líquida es: 0,1 cal/g°C III. El calor latente de vaporización es: 8 cal/g a) FFV b) FFF c) VFF d) FVV e) VVV 70. La gráfica temperatura (T) vs calor (Q), muestra el calentamiento de una masa de 10 g. Indique verdad (V) o falsedad (F) en las proposiciones siguientes: I. La temperatura de fusión es –40°C II. Su calor latente de fusión es 200cal/g III. Su calor específico en líquido es 0.33cal/g°C a) FFV b) FFF c) FVF d) VFF e) VVV 71. Una placa (Ce = 0,2cal/g°C) es afectada por un flujo calorífico que hace variar su temperatura “T” según se indica en la gráfica. Determine la masa de dicha placa. a) 16 g b) 18 g c) 17 g d) 20 g e) 22 g 40 0,2 0,8 1 2 20 100 T( C) Q(kcal) 200 260 340 10 70 T( C) Q(cal) T( C) 100 50 850 1850 0 Q(cal) T T+15 10 70 Q(cal) T( C)
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