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Termodinámica I – Problemas de tarea

(B-4.2)
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Reducir este enunciado matemático de la primera ley de la termodinámica a su forma más sencilla posible para su aplicación en cada uno de los siguientes procesos y sistemas:
a) Un trozo de acero caliente que es sumergido repentinamente en agua fría; sistema: el trozo de acero.
b) Agua fría que se calienta en los tubos de uncambiador de calor con flujo horizontal y caudal constante; sistema: los tubos y el agua que contienen.
c) Un cuerpo que cae libremente y que están pasando por un incremento diferencial de altura (negativa); sistema: el cuerpo.
d) Vapor de agua que fluye continuamente a través de una tobera horizontal aislada; sistema: la tobera y su contenido.
e) Igual que (d); sistema: 1kg de vapor en lacorriente.
f) Un globo de goma mientras es inflado; sistema: la goma.
g) Una batería eléctrica que se descarga a través de una resistencia; sistema: la resistencia.
h) Una pelota de tenis que es dejada caer desde la altura del hombre y que rebota en la acera hasta que finalmente se detiene; sistema: la pelota.
i) Una bala que se incrusta en una bola maciza que está rodando sinrozamiento sobre una superficie horizontal; sistema: la bola.
j) Vapores calientes que son enfriados a velocidad constante mediante agua de enfriamiento, en un cambiador de calor, horizontal y bien aislado; sistema: el cambiador y su contenido.
k) Gas que entra lentamente a un depósito aislado que estaba evacuado inicialmente; sistema: el depósito y su contenido.
l) Dos bloques metálicos,aislados del resto del universo e inicialmente a diferentes temperaturas, que son puestos en contacto entre sí hasta que se igualen sus temperaturas; sistema: el bloque caliente.
m) Igual que (l); sistema: el bloque frío.
n) Igual que (l); sistema: ambos bloques.

(L-8.9) El capitán Schultz la estrella de clavado de altura del circo, insiste que su baño siempre esté a exactamente 37°C,la temperatura del cuerpo, y mide la temperatura del baño con un termómetro de precisión antes de relajarse en él al final de su trabajo diario. Una terrible tarde, no hace mucho el capitán encontró que su baño estaba a sólo 36.8°C. Su noble rostro se encendió con furia conforme ordenaba a su tembloroso ayudante que moviera su bañera portátil de 80 kg desde la tienda–vestidor, al pie de laescalera para el clavado de altura. Por un momento se detuvo, absorto en sus pensamientos y entonces, ignorando los murmullos de la multitud reunida, subió la escalera vertical, contando los escalones conforme escalaba. Se detuvo en lo obviamente era una altura crítica. Desdeñosamente dejó caer su traje a la hechizada multitud que se hallaba muy abajo, y sé lanzó al aire; aterrizó en su tina conimpecable precisión que ni una gota de agua se perdió de la pequeñísima salpicadura. Una sonrisa iluminó su rostro a medida que se relajaba en su tina a 37 °C, mientras su ayudante rápidamente lo llevaba de regreso a su tienda. El capitán Schultz mide 170 cm de altura, tiene cabello rubio, ojos azules y pesa 70 kg. ¿Qué tan alto subió?


(L-ej 8.1) Preparación de una tasa de té.
Vierto 1 litro deagua a 20°C en una tetera eléctrica aislada térmicamente y después la conecto. ¿Cuánto tiempo tendré que esperar para que el agua hierva y para que la olla silbe?
Datos. El metal de la tetera es equivalente a 200 cm³ de agua, y la etiqueta sobre la tetera dice que su calentador está clasificado a 1250 W.



(L-8.2) ¿Cuánto tiempo durará el silbido de la tetera del ejemplo L-8.1?

(S –2.24) El tanque mezclador, que se muestra a continuación, contiene inicialmente 100 libras de agua a 25(C. Repentinamente, se abre las dos válvulas de entrada y la de salida, de tal modo que entran al tanque dos corrientes de agua, cada una de ellas con un índice de flujo de 10 lb/min y sale una corriente simple con un índice de flujo de 20 lb/min. La temperatura de una de las corrientes de...