cuaderno de ejercicios de principios de termodinamica y electromagnetismo

FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

CUADERNO DE
EJERCICIOS DE
PRINCIPIOS DE
TERMODINÁMICA Y
ELECTROMAGNETISMO
MARTÍN BÁRCENAS ESCOBAR
RIGEL GÁMEZ LEAL
AGUSTÍN HERNÁNDEZ QUINTERO
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
COORDINACIÓN DE FÍSICA Y QUÍMICA

PRÓLOGO
Se puede afirmar que el trabajo de un ingeniero es la solución de problemas que
aquejan a la sociedadcon base en sólidos antecedentes en física, química y matemáticas.
Para que ello se pueda lograr es necesario que el estudiante de ingeniería posea, entre otras
cosas, habilidades en la resolución de problemas.

Este Cuaderno de Ejercicios de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
pretende dotar al alumno de ingeniería ejercicios de la asignatura con resolución, con el
objetivo deque pueda aplicar los conceptos vistos en clase y en el laboratorio, para que con
ello, adquiera habilidad en la resolución de problemas. Se elaboró tomando como base
ejercicios de exámenes colegiados de la asignatura, los cuales se conformaron a partir de
propuestas de profesores entusiastas de la asignatura, propuestas que fueron revisadas,
adaptadas, integradas y resueltas debidamente.Esta obra se integra con ejercicios de los temas correspondientes al temario vigente
de la asignatura. Para cada tema se presentan varios ejercicios con su resolución con el fin
de que el alumno verifique la forma de resolverlo y pueda comprobar si obtuvo la respuesta
correcta, en caso contrario se recomienda que revise su resolución y si no logra encontrar el
error se sugiere que lo consultecon su profesor o utilice el servicio de asesoría.

Finalmente queremos expresar nuestro deseo de conocer la opinión de profesores y
alumnos que puedan enriquecer el contenido de esta obra. Cualquier comentario, crítica o
sugerencia será tomada con agrado con el fin de enriquecer este material, el cual, estamos
seguros redundará en beneficio de la comunidad universitaria.

Ing. MartínBárcenas Escobar.
M. en I. Rigel Gámez Leal.
Ing. Agustín Hernández Quintero.

México, D. F., abril de 2012.

ÍNDICE

página

Tema I. Conceptos fundamentales

4

Tema II. Primera ley de la termodinámica

20

Tema III. Segunda ley de la termodinámica

46

Tema IV. Ciclos termodinámicos

64

Tema V. Electromagnetismo

78

Tema VI. Circuitos eléctricos en corriente directa98

Tema VII. Circuitos eléctricos en corriente alterna

111

Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
Conceptos fundamentales

TEMA I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Ejercicios resueltos
1. En un tanque, de base circular y radio de 4.5 [dm], completamente lleno, se tienen dos sustancias en
su fase líquida de distintas densidades (1 = 1.5 y 2 = 0.5). La densidad resultante dela mezcla es
800 [kg/m3]. Sabiendo que el volumen del tanque es de 200 litros, determine los volúmenes, en el
SI, de cada líquido. Considere que agua = 103 [kg/m3].
VT = 200 [] = 0.2 [m3] ;
1 = 1 agua = (1.5) (103 [kg/m3]) = 1500 [kg/m3] ,
2 = 2 agua = (0.5) (103 [kg/m3]) = 500 [kg/m3] ;
m = 800 [kg/m3]  = m/V
m = V
VT = V1 + V2 …… (1) ; mT = m1 +m2 ,
mVT = 1 V1 + 2 V2 ……(2)
Despejando de (1): V2= VT – V1 y sustituyendo en (2): m VT = 1 V1 + 2 (VT – V1)
V ( -  )
V1 = T m 2
1 -  2

(0.2 m 3 ) (800 - 500) [kg/m 3 ]
= 0.06 [m3];
3
(1500  500) [kg/m ]
V2 = (0.2  0.06) [m3] = 0.14 [m3]

V1 =

V1 = 0.06 [m3]
V2 = 0.14 [m3]

2. Se tiene un tanque de forma rectangular, con aire en su interior con un manómetro conectado (A) el
cual indica unalectura de 85 [kPa], como se muestra en la figura. Dentro de dicho tanque hay otro
tanque cilíndrico el cual contiene un gas y tiene conectado otro medidor de presión (B). Afuera hay
un barómetro (C) cuyo líquido es mercurio, que indica una altura hbar = 56 [cm]. Determine:
a) La presión absoluta del aire que está en el tanque rectangular.
b) La presión absoluta del gas contenido en el tanque...