Ejercicios de termodinamica

Problema nº1

Cambio de escala de temperaturas.

En las noticias vemos que la temperatura en Florida es de 91ºF. ¿A cuántos grados Celsius corresponde?¿Y a cuántos Kelvins?. La equivalencia entre Celsius y Fahrenheit:

T (º F ) = 1,8·T (º C ) + 32 T (º C ) = 32,8º C
La equivalencia entre Celsius y la temperatura Kelvin es de:

T (º C ) = T (º K ) − 273,15 T (º K ) = 305,8º K

Problemanº2

Cambio de escala de temperaturas.

Completa la tabla de temperaturas: La temperatura de la superficie del sol es de 6000ºC, que son……………...F

TF = 1,8TC + 32 TF = 10832º F
La temperatura normal del cuerpo es de 98,6 F, que son…………………..ºC

TF = 1,8TC + 32; TC = 37º C

Problema nº3

Dilataciones térmicas.

Una barra de cobre a 15ºC tiene una longitud de 80 cm. Calcula quelongitud tendrá si se calienta hasta los 90ºC

Coeficiente dilatación lineal cobre = λ = 1,7 × 10 −5 C −1
L = L0 (1 + λ∆t ) L = 80,1cm

Problema nº4

Dilataciones térmicas.

Se tiene una barra de hierro de 1m de longitud a la temperatura de 0ºC. Cuando se eleva su temperatura hasta los 50ºC se produce una dilatación de 0,06cm. Calcular: 1.- El coeficiente de dilatación lineal de hierro.

LF= L0 (1 + λ∆T ) ⇒ λ = 12 ×10 −6 C −1

2.- Si tiene una sección de 10 cm2 a 0ºC ¿Cuál será su sección a 100ºC?

S F = S 0 (1 + 2λ∆T ) = 10,24cm 2
3.- Si tiene un volumen de 1000 cm3 a 0ºC ¿Cuál será su volumen a 100ºC?

VF = V0 (1 + 3λ∆T ) = 1003,6cm3

Problema nº5

Dilataciones térmicas.

Cierto gas que inicialmente ocupa un volumen de 10L se expande a presión constante cuandoaumentamos su temperatura desde 20ºC hasta 80ºC. Calcular el volumen final del gas. Dato el coeficiente de dilatación de los gases α es el mismo para todos ellos y es: α =

1 º C −1 273

VF = Vo (1 + α∆T )
VF = 12,2 L

Problema nº6

Valor del calor cedido o absorbido

Una pieza de cobre de 50 g se ha enfriado desde 80ºC hasta 25ºC. Calcular el calor que ha cedido. Dato el calor específicodel cobre es de:

385

J J = 385 kgK kg º C

Masa inicial de la pieza: 50g=0,050kg Temperatura inicial T0 = 80ºC Temperatura final Tf = 25ºC

Variación de la temperatura en ºCelsius: ∆T=Tf - T0 = 25 - 80 = -55ºC Variación de la temperatura en º Kelvin: ∆T=Tf - T0 = 353,15 - 298,15= -55ºK

J × 0,050kg × ( −55º C ) = −1058,8 J Q = cm(t f − t0 ) ⇒ Q = 385 kg º C J ⇒ Q = 385 × 0,050kg × (−55ºK ) = −1058,8 J kg º K
Es decir la pieza de cobre cedió 1058,8 J

Equilibrio térmico Calor cedido por el cuerpo a mayor temperatura:

Qa = ca ma (t a − t )
Calor absorbido por el cuerpo a menor temperatura:

Qb = cb mb (t − tb )
En el equilibrio térmico debe cumplirse que el calor absorbido sea igual que el calor cedido Qa=Qb

ca ma (t a − t ) = cb mb (t − tb )
t= temperatura finalde ambos cuerpos en equilibrio térmico. ta y tb son las temperaturas iniciales de los 2 cuerpos ma y mb son las masas ca y cb son los calores específicos

Problema nº7

Equilibrio térmico

Calcular la temperatura final de una mezcla de 10 y 80 litros de agua cuyas temperaturas respectivas son 70 y 20ºC

10(70 − t f ) = 80(t f − 20) t f = 25,6º C

Problema nº8

Equilibrio térmico

Enun calorímetro que contiene 150 g de agua a 4ºC se introduce una pieza de 80 g de cierto metal que se encuentra a 90ºC. Establecido el equilibrio, la temperatura final es de 20ºC. Calcular el calor específico del metal. Datos del metal: Ca=? ma=80g=0,080 kg ta=90ºC Calor cedido por el metal: Datos del agua: Cb= 4180 J·kg-1·K-1 mb= 150g=0,150 kg tb=4ºC Temperatura de equilibrio: t=20ºC

Calorabsorbido por el agua:

Qa = ca ma (t a − t )

Qb = cb mb (t − tb )

Si no tenemos en cuenta en este caso el calor absorbido por las paredes del calorímetro, en el equilibrio térmico debe de cumplirse que: Qa=Qb

c

a

m

a

(t

a

− t ) =

c

b

m

b

(t − t

b

)

Problema nº8

Equilibrio térmico

En un calorímetro que contiene 150 g de agua a 4ºC se...