Termodinamica

GUÍA DE EJERCICIOS DE TERMODINÄMICA
Prof. Valeri Bubnovich, 4.09.2008.

Temperatura. Presión. Sistemas de Unidades.

1. Un submarino se encuentra situado a 120 m de profundidad. ¿De qué presión sobre la atmósfera debe disponerse para poder expulsar el agua de los tanques de lastrado? La densidad relativa del agua de mar es = 1,03. Resp. 12,36 kg/cm2 (12.120 bar).
2. Calcular ladiferencia de presión necesaria de un sistema de alimentación de agua que ha de elevar el líquido 50 m en vertical. Resp. 5 x 104 kg/cm2 (5.90 bar).
3. Convertir –195 °C en °F; -430 °F en °C y 1705 °C en °F. Resp. –319.9 °F; -256.7 °C y 3101 °F.
4. Arquímedes pesó la corona de rey Nerón; primero en el aire pesó 482.5 g y después en el agua pesó 453.4 g. Mostró que no era de oro puro cuya densidad es19.3 g/cm3. ¿Por qué?. Resp. Encontró una densidad de 16.6 g/cm3.
5. ¿A qué temperatura coinciden las escalas centígrada y Fahrenheit? ¿A qué temperatura la lectura de la escala Fahrenheit será el doble de la lectura de la escala centígrada?. Resp. –40°C ( -40°F;
160 °C ( 320 °F.
6. Un acróbata de 60 kg realiza un acto de equilibrio sobre un bastón. El extremo del bastón, en contactocon el piso, tiene un área de 0.92 cm2. Calcule la presión que en bastón ejerce sobre el piso. Despréciese el peso del bastón. Resp. 6.4 MPa.
7. A una altura de 10 km (33000 pies) sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es de aproximadamente 210 mm de mercurio. ¿Cuál es la fuerza normal resultante sobre una ventana de 600 cm2 de un avión que vuela a esa altura?. Suponga que la presióndentro de la nave es de 760 mm de mercurio. La densidad del mercurio es 13600 kg/m3. Resp. 4.4 kN.
8. Un termómetro de gas a volumen constante se pone en contacto con un sistema de temperatura desconocida T y a continuación en contacto con agua en el punto triple. La columna de mercurio unida al termómetro da unas lecturas de 29,6 y -12,6 cm, respectivamente. La presión barométrica es de 975mbar (97,5 kPa), y la densidad relativa del mercurio es 13,6. Encuéntrese el valor de la temperatura desconocida, en kelvin. – Resp. 464.

Primera ley de Termodinámica para sistemas cerrados.

9. ¿Cuántos joules de calor por hora produce un motor con una eficiencia de 75 %, y que requiere de una potencia de 0.25 hp para funcionar?, Resp. 894,84 KJ.
10. Una bala de 100 g (c = 0.030 cal/g °C)está inicialmente a 20 °C. Se dispara en línea recta hacia arriba con una rapidez de 420 m/s, y en su regreso choca con un bloque de hielo a 0°C. ¿Cuánto hielo se funde? Despréciese la fricción con el aire. Resp. 26 g.
11. El agua hierve a 100 °C y 1 atm. Para estas condiciones un gramo de agua ocupa un centímetro cúbico, y 1g de vapor ocupa 1670 cm3, y el calor de vaporización Lv = 540 cal/g.Encuéntrese:
a) El trabajo externo efectuado cuando se forma 1g de vapor a 100 °C. Resp. 169 J.
b) El incremento en la energía interna. Resp. 500 cal.
12. Una planta generadora de INW (106 W), tiene una eficiencia total de 40 %. ¿Cuánto combustible, cuyo calor de combustión es de 1100 kcal/kgm consume la planta diariamente?. Resp. 4,7 x 104 kgm.
13. Una caldera y un motordesarrollan 10 CV con un consume de 15 kg/hr de carbón. Sabiendo que el poder calorífico de este combustible vale 8000 kcal/kg, hallar la proporción de calor que se transforma en trabajo. Resp. 5.26 %.
14. En un calorímetro con 300 gr. de agua a 10 °C se introduce un calentador eléctrico de 84 W de potencia. Al cabo de 10 minutos la temperatura del agua se eleva hasta 40 °C. Sabiendo que elequivalente en agua del conjunto calorímetro y calentador es de 20 gr, hallar el equivalente mecánico de la unidad de cantidad de calor. Resp. 4.2 J/cal.
15. Un ciclista realiza un trabajo durante una carrera a razón de 10 CV en 10 seg. ¿Cuánta azúcar debe tomar para compensar la energía gastada? El poder calorífico del azúcar es de 4 kcal/gr y el cuerpo humano tiene un rendimiento del 30 % en la...