Guia Final Termo

1. Un riel de acero varía su temperatura de 20°F en la noche a 70°F al mediodía durante un periodo de 24 horas. Exprese el intervalo en °C.

Proceso isobárico, cíclico y reversible a presión atmosférica (constante), aunque no se expresa en este problema, el volumen del acero se contrae o dilata conforme adquiere o libera calor.

2. Una pared con ladrillos térmicos tiene una temperatura interior de 313°F y una temperatura exterior de 73°F. Exprese la diferencia en las temperaturas de la superficie en grados °C y °K.

Proceso isotérmico, isocórico e isobárico. El problema nos demuestra el intercambio gradual de temperaturas. Aunado a esto, vemos interfiriendo la ley cero de la termodinámica.

3. ¿Cuánto calor es necesario para elevar la temperatura de 200gm de mercurio de 20°C a 100°C?

Aplica la primera ley de la termodinámica. El proceso es isocórico e isobárico simultáneamente.

4. Un trozo de cobre se calcula a 90°C y luego se coloca en 80gm de agua a 10°C. La temperatura final de la mezcla es 18°C ¿Cuál es la masa del cobre?

En esta situación vemos demostrada la primera ley de la termodinámica, todo lo que ingresamos y generamos al inicio, es equivalente al resultado acumulado a pesar de los cambios que sucedieron en el sistema durante el proceso. El calor se transmite por medio de conducción.

5. ¿Qué volumen de hidrogeno en forma de gas a presión atmosférica es necesario para llevar un tanque de 2ft3 a una presión absoluta de 2500 lb/in2?

Proceso isotérmico. La energía cinética del hidrogeno aumenta el volumen del mismo, al encontrarse en un espacio cerrado, la presión aumenta.

6. Un globo grande lleno de aire tiene un volumen de 200lt a 0°C. ¿Cuál será su volumen a 57°C si la presión del gas no cambia?

Proceso isobárico, se demuestra la primera ley de la termodinámica, al aumentar la temperatura, la energía cinética aumenta, y en consecuencia se dilata volumétricamente para mantener equilibrado lo que ingresa y sale del sistema.

7. Un recipiente con oxígeno tiene un volumen interno de 20lt y se encuentra a una presión de 6x106N/m2 a 20°C. El oxígeno se emplea para una aeronave que puede flotar a grandes alturas y en donde la presión absoluta es de 7x104N/m2 y la temperatura es de -20°C ¿Qué volumen de oxigeno puede suministrar el recipiente bajo estas condiciones?

En este caso el sistema interacciona con el medio a través de una pared que sólo permite una variación de volumen. El medio ejercerá una presión uniforme sobre toda la superficie de modo que la masa tendera a cambiar de forma y tamaño. La dureza del contenedor influirá en el resultado del espacio ocupado.

8. ¿Qué cantidad de calor se requiere para cambiar 20lbm de hielo a 12°F a vapor a 212°F?

Aquí vemos involucrada la energía interna, la cual es la suma de todas las energías que posee el sistema. Como se puede observar, es una función de estado extensiva. Durante el proceso no se conoce el calor, solo se conoce la velocidad de flujo de calor, así que debemos esperar a que haya transcurrido un tiempo para determinar la cantidad de calor transferida de un sistema a otro.

9. La presión manométrica en un tanque de almacenamiento de helio tiene un valor de 2000 lb/in2 cuando la temperatura es de 27°C. En el transcurso de la noche se produce una fuga, encontrándose que la presión manométrica a la mañana siguiente es de 1500 lb/in2 a una temperatura de 17°C. ¿Qué porcentaje de la masa inicial de helio permanece dentro del recipiente?

Proceso entrópico. Vemos demostrada la segunda ley de la termodinámica, al producirse la fuga, el sistema cambia, y se vuelve irreversible.

10. A) ¿Cuántos moles de gas están presentes en 200gm de CO2?

B) ¿Cuántas moléculas hay?

Proceso isotérmico e isobárico. La magnitud específica nos da información acerca de la materia del sistema ya sea la masa o los moles. Es una variable intensiva.

11. ¿Cuántos gramos de oxigeno ocuparan un volumen de 1600lts a una presión de 2ATM y una temperatura de 190°C?

Entre otras, aquí vemos expresada la ley de Boyle-Mariotte, la cual establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

12. Una cascada tiene una caída de 100m de altura. Consideremos 1kgm de H2O y suponga que no se intercambia energía entre esta cantidad de agua y sus alrededores.

A) ¿Cuál es la energía potencial del agua en la parte superior de la cascada con respecto al nivel interior del mismo?

B) ¿Cuál es la energía cinética del agua justo antes de que llegue al fondo de la cascada?

C) Después de que el kgm de H2O entra al rio, ¿Qué cambio ocurre en su estado?

En este caso vemos demostrado el comportamiento y la relación entre la energía potencial y la cinética. La energía potencial se transforma en energía cinética cuando al bajar, el agua de la cascada se impacta debido a la fuerza de gravedad. Un cuerpo con energía cinética hace trabajo sobre otro cuerpo cuando es detenido por este o su velocidad es disminuida.

13. Un cubo de 100lbs se desliza hacia debajo de un plano vertical de 10ft.

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