solucion pra1

F´ısica II

CENUR Litoral Norte - Depto. F´ısica

F´ısica II – Pr´
actico 1
Dilataci´
on t´
ermica,
teor´ıa cin´
etica y modelo de gas ideal
´
Ultima
actualizaci´
on: 24/08/2015

Consideramos que lo m´as importante en la resoluci´on de ejercicios de pr´actico es el proceso de
reforzar los conceptos de te´orico, as´ı como adquirir competencias procedimentales. Procure en
su resoluci´on apropiarsede los conceptos y procedimientos y evite obtener resultados
correctos pero vac´ıos de entendimiento. Los resultados que brindamos son tentativos y sin
dudas pueden haber erratas, en caso de encontrarlas avisar en el foro de la asignatura.

1.1: Expansi´
on en s´
olidos (1)
a) La demostraci´on se realiza planteando el incremento de longitud para cada secci´on del
metal:

∆L1 = α1 L1 ∆T
∆L2 = α2 L2∆T

(1)
(2)

El largo total que se incrementa la nueva barra compuesta esta dado por:

Utilizando que, ∆L = ∆L1 + ∆L2
Y tambi´en, ∆L = αL∆T

(3)
(4)

Remplazando (1) y (2) en (3) e igualando a 4, se obtiene el resultado.
b) Para las condiciones dadas tenemos que L1 = 13, 1 cm y L2 = 39, 3 cm.
1.2: Expansi´
on en s´
olidos
La expansi´on para el cubo es:
a) El aumento del ´area superficial es ∆S =23 × 10−5 m2 .
b) El aumento en el volumen es ∆V = 12 × 10−5 m3 .
1.3: Term´
ometro de gas ideal
La temperatura desconocida es de 348 K.
PD: Notar que este ejercicio es un caso MUY particular donde “resolver” el ejercicio por regla de 3 d´
a el resultado correcto.
Realizarlo de esta manera, sin aplicar ning´
un conocimiento del curso carece de valor y no deja ninguna ense˜
nanza.

P´agina 1Universidad de la Rep´
ublica

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1.4: Term´
ometro
a) El gas no obedece con exactitud a la ecuaci´on de estado del Gas Ideal. Al realizar los
cocientes T /P para cada punto medido, no se obtiene el mismo resultado, lo que es
incompatible con un Gas Ideal en un cerrado a volumen constante.
b) Si suponemos que la presi´on var´ıa linealmente con latemperatura, entonces la recta de
calibraci´on es T = aP + b, con a = 5.88 K/Pa y b = −9.15 K.
c) El error que se est´a cometiendo es de −9.15 K.
1.5: gas en un dep´
osito (1)
a) El valor final de la presi´on es de 97, 2 kPa
b) La masa de aire que hab´ıa en el tanque era de 0, 39 kg
1.6: gas en un dep´
osito (2)
a) La fracci´on de volumen ocupada realmente por los atomes es de

Vo
V

= 4.6 × 10−5 .

b) Elvolumen que ocupa 1 kMol de este gas en estas condicones es de 19, 8 m3 .
c) El volumen que ocupa 1 kg de este gas en estas condiciones es de 0, 50 m3 .
d) Hay aproximadamente 25 mol´eculas por cent´ımetro c´
ubico.
1.7: equilibrio termodin´
amico
La presi´on final en los tanques es de 200 kPa
1.8: presiones parciales
a) Identificando el efecto de cada conjunto de part´ıculas sobre las caras delrecipiente que
las contienen, se puede inferir (a partir de las leyes de Newton) que la presi´on total es
la suma de la presi´on debido a cada conjunto de part´ıculas: P = PA + PB . Aplicando
la Ecuaci´on de Estado para cada gas por separado, se obtiene la expresi´on que se pide
demostrar.
b) La raz´on entre la presi´on despu´es de la combinaci´on y la presi´on antes de la combinaci´on
es de Pf/Pi = 0, 5
1.9: energ´ıa en un gas ideal
a) La energ´ıa cin´etica media de traslaci´on aumento 3, 4 kJ y la de rotaci´on 2, 3 kJ para dicho
gas.
b) La energ´ıa interna del gas aumento 5, 7 kJ.
P´agina 2

Universidad de la Rep´
ublica

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1.10: Mol´
ecula de oxigeno
a) vRM S = 483.4 m/s.
b) Fm = 1.242 × 10−19 N.
c) P = 1.242 × 10−17 Pa.
d) N = 8.156 ×1021 mol´eculas.
e) Utilizando la Ecuaci´on de Estado del Gas Ideal, la cantidad de mol´eculas es N = 2.447 × 1022 .
El resultado es exactamente tres veces mayor debido a que el modelo considera movimiento de las mol´eculas en las tres direcciones.
f) Para este gas: Ectras = 149, 0 J, Ecrot = 99, 4 J y Eint = U = 248, 4 J.
1.11: compresi´
on de un gas ideal
a) El valor de k ≈ 1, 60 para este...