Guia_09_FIS109C
Páginas: 8 (1920 palabras)
Publicado: 1 de noviembre de 2015
Pontificia Universidad Católica de Chile
Facultad de Física
FIS109C Física para Ciencias
Guía 9
Temperatura y Dilatación Térmica
1.
Un sartén se calienta de 25 º C a 80 º C, ¿Cuál es el cambio en su temperatura en la escala Kelvin
y en la escala Fahrenheit? R: 55 K, 99 º F.
2.
En un día cuando la temperatura alcanza 50 º F ¿Cuál es la temperatura en grados Celsius y en
Kelvin? R: 10 º C, 283K.
3.
Un segmento de vía de acero para ferrocarril tiene una longitud de 30000 m cuando la
temperatura es 0 º C. ¿Cuál es la longitud cuando la temperatura sea 40 º C? R: 30013 m.
4.
Un dispositivo electrónico ha sido diseñado en forma deficiente de modo que dos tornillos
unidos a piezas diferentes del dispositivo casi se tocan entre sí en su interior. Los tornillos de
acero y bronce están adiferentes potenciales eléctricos y si se tocan se produce un corto circuito,
lo cual daña el dispositivo. El tornillo de acero mide 0.01 m y el de bronce 0.03 m. Si la
distancia entre los extremos de los tornillos 5 μm a 27 º C ¿A qué temperatura se tocarán los
tornillos? R: 34 º C.
En un a escala de temperatura extraña, el punto de congelación del agua es -15 º S y el punto de
ebullición es 60 ºS. Invente una ecuación de conversión lineal entre esta escala de temperatura
y la escala Celsius. R: TªC = 4/3 TºS + 20.
5.
6.
Cierto telescopio forma una imagen de una parte de un cúmulo de estrellas en un chip detector
acoplado a carga de silicio cuadrado (charge-coupled detector CCD), de 2 cm por lado. Un
campo de estrellas se enfoca en el chip CCD cuando se energizó primero y sutemperatura es de
20 ºC. El campo de estrellas contiene 5342 estrellas uniformemente dispersas. Para hacer más
sensible el detector, se enfría a -100 ºC ¿Cuántas estrellas caben en el chip? R: 5336.
Nota. Considere que el coeficiente de expansión superficial es 2α y para el silicio α=4.68x10-6
ºC-1.
7.
Un cilindro hueco de aluminio de 20 cm de profundidad tiene una capacidad interna de 2 litros a
20 ºC.Se llena por completo con aguarrás y luego se calienta lentamente a 80 ºC.
a. ¿Cuánto aguarrás se derrama? R: 99.4 cm3
b. Si el cilindro se enfría otra vez a 20 ºC ¿a qué distancia bajo el borde del cilindro bajará
la superficie de aguarrás? R: 0.943 cm.
Nota: considere que el aguarrás se dilata con coeficiente β y el aluminio con coeficiente 3α.
8.
El puente New River Gorge en Virginia delOeste es un puente de arco de acero de 518 m de
longitud. Calcule cuanto cambia el largo total de la calzada entre sus extremos de temperatura de
de -20 ºC y 35 ºC. El resultado indica las dimensiones de la s uniones de expansión. R: 0.313 m
9.
Las secciones de concreto de cierta supercarretera están diseñadas para tener una longitud de 25
m. Las secciones son vaciadas y curadas a 10 ºC. Calcule laseparación mínima que debe dejar el
ingeniero entre las secciones para eliminar el pandeo si el concreto puede alcanzar una
temperatura de 50 ºC. R: 1.2 cm
10. La montadura de unos lentes está hecha de plástico epóxico. A temperatura ambiente (20 ºC) la
montadura tiene agujeros circulares de 2.2 cm de radio para los lentes. Calcule la temperatura a
la que debe calentarse la montadura si unoslentes de 2.21 cm de radio se han de insertar en ella.
El coeficiente de expansión del lineal para la resina epóxica es de 1.3 x 10 -4 ºC-1. R: 55 ºC.
11. Cada año miles de niños sufren quemaduras con agua caliente. La figura muestra una vista en
sección transversal de un aditamento antiquemaduras para llave de agua, diseñado para evitar
estos accidentes. Dentro del aparato, un resorte hecho dematerial con alto coeficiente de
expansión térmica controla un émbolo movible. Cuando la temperatura del agua sube por
encima de un valor seguro, la expansión del resorte hace que el émbolo cierre el flujo de agua. Si
la longitud inicial L del resorte no estirado es 2.4 cm y su coeficiente de expansión lineal es 22 x
10-6 ºC-1, calcule el aumento en la longitud del resorte cuando la temperatura suba...
Facultad de Física
FIS109C Física para Ciencias
Guía 9
Temperatura y Dilatación Térmica
1.
Un sartén se calienta de 25 º C a 80 º C, ¿Cuál es el cambio en su temperatura en la escala Kelvin
y en la escala Fahrenheit? R: 55 K, 99 º F.
2.
En un día cuando la temperatura alcanza 50 º F ¿Cuál es la temperatura en grados Celsius y en
Kelvin? R: 10 º C, 283K.
3.
Un segmento de vía de acero para ferrocarril tiene una longitud de 30000 m cuando la
temperatura es 0 º C. ¿Cuál es la longitud cuando la temperatura sea 40 º C? R: 30013 m.
4.
Un dispositivo electrónico ha sido diseñado en forma deficiente de modo que dos tornillos
unidos a piezas diferentes del dispositivo casi se tocan entre sí en su interior. Los tornillos de
acero y bronce están adiferentes potenciales eléctricos y si se tocan se produce un corto circuito,
lo cual daña el dispositivo. El tornillo de acero mide 0.01 m y el de bronce 0.03 m. Si la
distancia entre los extremos de los tornillos 5 μm a 27 º C ¿A qué temperatura se tocarán los
tornillos? R: 34 º C.
En un a escala de temperatura extraña, el punto de congelación del agua es -15 º S y el punto de
ebullición es 60 ºS. Invente una ecuación de conversión lineal entre esta escala de temperatura
y la escala Celsius. R: TªC = 4/3 TºS + 20.
5.
6.
Cierto telescopio forma una imagen de una parte de un cúmulo de estrellas en un chip detector
acoplado a carga de silicio cuadrado (charge-coupled detector CCD), de 2 cm por lado. Un
campo de estrellas se enfoca en el chip CCD cuando se energizó primero y sutemperatura es de
20 ºC. El campo de estrellas contiene 5342 estrellas uniformemente dispersas. Para hacer más
sensible el detector, se enfría a -100 ºC ¿Cuántas estrellas caben en el chip? R: 5336.
Nota. Considere que el coeficiente de expansión superficial es 2α y para el silicio α=4.68x10-6
ºC-1.
7.
Un cilindro hueco de aluminio de 20 cm de profundidad tiene una capacidad interna de 2 litros a
20 ºC.Se llena por completo con aguarrás y luego se calienta lentamente a 80 ºC.
a. ¿Cuánto aguarrás se derrama? R: 99.4 cm3
b. Si el cilindro se enfría otra vez a 20 ºC ¿a qué distancia bajo el borde del cilindro bajará
la superficie de aguarrás? R: 0.943 cm.
Nota: considere que el aguarrás se dilata con coeficiente β y el aluminio con coeficiente 3α.
8.
El puente New River Gorge en Virginia delOeste es un puente de arco de acero de 518 m de
longitud. Calcule cuanto cambia el largo total de la calzada entre sus extremos de temperatura de
de -20 ºC y 35 ºC. El resultado indica las dimensiones de la s uniones de expansión. R: 0.313 m
9.
Las secciones de concreto de cierta supercarretera están diseñadas para tener una longitud de 25
m. Las secciones son vaciadas y curadas a 10 ºC. Calcule laseparación mínima que debe dejar el
ingeniero entre las secciones para eliminar el pandeo si el concreto puede alcanzar una
temperatura de 50 ºC. R: 1.2 cm
10. La montadura de unos lentes está hecha de plástico epóxico. A temperatura ambiente (20 ºC) la
montadura tiene agujeros circulares de 2.2 cm de radio para los lentes. Calcule la temperatura a
la que debe calentarse la montadura si unoslentes de 2.21 cm de radio se han de insertar en ella.
El coeficiente de expansión del lineal para la resina epóxica es de 1.3 x 10 -4 ºC-1. R: 55 ºC.
11. Cada año miles de niños sufren quemaduras con agua caliente. La figura muestra una vista en
sección transversal de un aditamento antiquemaduras para llave de agua, diseñado para evitar
estos accidentes. Dentro del aparato, un resorte hecho dematerial con alto coeficiente de
expansión térmica controla un émbolo movible. Cuando la temperatura del agua sube por
encima de un valor seguro, la expansión del resorte hace que el émbolo cierre el flujo de agua. Si
la longitud inicial L del resorte no estirado es 2.4 cm y su coeficiente de expansión lineal es 22 x
10-6 ºC-1, calcule el aumento en la longitud del resorte cuando la temperatura suba...
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