Guía de ejercicios transferencia de calor y primera ley de la termodinámica Ciclo 02_15

Universidad Dr. José Matías Delgado
Facultad de Ingeniería
Materia: Física II
Docente: Ing. Silvia M. Henríquez de Castillo

GUÍA DE EJERCICIOS DE MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁNICA

1. Un ambiente está separado de otro por una pared de corcho de 12 cm de espesor y 3.5 m² de superficie. ¿Qué cantidad de calor ha pasado de uno a otro ambiente en 3 horas y 20minutos si en uno de ellos la temperatura es de 65 °C y en el otro es de 17 °C? (k = 0.0001 cal/cm.°C.s). R/ 16.80 kcal.

2. Una olla de hierro tiene un fondo de 6 mm de espesor y 0.075 m2 de área. En la olla hay agua que esta hirviendo a la presión atmosférica. Si pasan 3200 Kcal a la olla, ¿cuál es la temperatura de la cara inferior del fondo?

3. Una barra de cobre de 2 cm de diámetro exteriortiene en su interior un núcleo de acero de 1 cm de diámetro. El conjunto tiene una longitud de 1 m. Uno de sus extremos está en contacto con agua en ebullición mientras que el otro extremo está en contacto con hielo en fusión. Si el conjunto se encuentra aislado del exterior. ¿Cuál será el flujo total de calor en la barra y el porcentaje transportado por cada sustancia?. Los coeficientes deconductibilidad son: k = 0.92 cal/cm s °C, k = 0.92 cal/cm s °C, k = 0.12 cal/cm s °C


4. Una placa de hierro de 2 cm de espesor tiene una sección recta de 5000 cm2. Una de las caras se halla a la temperatura de 150 ºC y la opuesta a 140 ºC. Calcular la cantidad de calor que se transmite por segundo. La conductividad térmica del hierro vale 0.115 cal/s.cm.ºC. R/ 2875 cal/s

5. a) Si la temperaturapromedio de la piel de algún alumno es 30º C, suponiendo una emisividad e = 0.97, calcular la radiación que emite. b) Si la temperatura promedio de las paredes de la sala donde se encuentra es 15º C, calcular la radiación que emite, considerada como cuerpo negro. c) Calcular la radiación neta para el alumno.

6. Una varilla larga cilíndrica de 2 cm de diámetro y 1 m de largo, calentada medianteelectricidad, se instala en un horno de vacío. La superficie de la varilla tiene una emisividad de 0.9 y se mantiene a 1000 K, mientras que las paredes internas del horno son negras y están a 800 K. Calcular el flujo calorífico neto de la varilla emitido por radiación y el coeficiente de transferencia de calor por radiación. R/ 1893 W

7. Una caja con un área superficial total de 1.2 m2 y un grosor depared de 4 cm. está hecha de un material aislante. Un calentador eléctrico de 10 W dentro de la caja mantiene la temperatura interior a 15°C sobre la temperatura exterior. Encuentre la conductividad térmica k del material aislante. R/ 2.22 x 10-2 W/m °C

8. Un transistor de potencia es un dispositivo electrónico de estado sólido. Suponga que la energía que entra al dispositivo a razón de 1.50 Wpor transmisión eléctrica hace que aumente la energía interna. El área superficial del transistor es tan pequeña, que tiende a sobrecalentarse. Para evitar sobrecalentamiento, el transistor está unido a un enorme disipador metálico de calor con aletas. La temperatura del disipador de calor permanece constante a 35°C bajo condiciones de estado estable. El transistor está eléctricamente aislado deldisipador por una hoja rectangular de mica que mide 8.25 mm por 6.25 mm, y 0.0852 mm de grueso. La conductividad térmica de la mica es igual a 0.0753 W/m°C. ¿Cuál es la temperatura de operación del transistor?. R/ 67.9 °C.

9. Una muestra de 2 moles de helio inicialmente a 300 K y 0.4 atm se comprime de manera isotérmica a 1.2 atm. Observando que el helio se comporta como gas ideal, encuentre (a) elvolumen final del gas, (b) el trabajo realizado sobre el gas, y (c) la energía transferida por calor.

10. Un bloque de 1 kg de aluminio se caliente a presión atmosférica de modo que su temperatura aumenta de 22°C a 40°C. Encuentre (a) el trabajo realizado sobre el aluminio, (b) la energía agregada a él por calor, y (c) el cambio en su energía interna. Coeficiente de dilatación lineal del...