Termo2

Problemas de F´ısica.
Primer Curso.
Titulaci´on: Grado en Ingenier´ıa Civil.
Departamento de F´ısica Aplicada.
Curso 2011/2012.
V. Iranzo
F. Marqu´es
F. Mellibovsky
A. Meseguer
V. Moreno
1 de septiembre de 2011

2

´Indice general
1. Problemas
1.
Primer Principio de la Termodin´
amica .
2.
Segundo Principio de la Termodin´
amica
3.
Trasmisi´on de calor . . . . . . . . . . . .
4.
Ondas . . . . .. . . . . . . . . . . . . .

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2. Soluciones
1.
Primer Principio de la termodin´
amica .
2.
Segundo Principio de la Termodin´
amica
3.Transmisi´on de calor . . . . . . . . . . .
4.
Ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3

4

´INDICE GENERAL

Cap´ıtulo 1Problemas

(a)

fluido

(b)

(c)

5

fluido

CAP´ITULO 1. PROBLEMAS

6

1.

Primer Principio de la Termodin´
amica
1. Un kg. de agua, cuando se transforma en vapor a la presin atmosf´erica, ocupa un volumen de
1, 67 m3 . Calcular el trabajo realizado contra la presi´
on atmosf´erica.
2. Un cilindro de revoluci´on cerrado est´a dividido en dos mediante un ´embolo plano ortogonal al eje
del cilindroy de area S. A la izquierda del ´embolo hay n1 moles de una gas ideal y a su derecha
n2 moles de otro gas ideal distinto. Ambos gases est´an a la misma presi´
on p0 y tienen la misma
masa. Se empuja el ´embolo de forma que ´este se desplace lentamente hasta que ambos gases hayan
permutado sus densidades. El intercambio de calor con el exterior es tal que la temperatura de los
gases es la ambienteT0 durante todo el proceso. Calcular el trabajo W necesario para ello y el
desplazamiento hacia la derecha x del ´embolo (Datos: n1 , n2 , T0 , p0 , S ).
3. Un inventor afirma tener una m´
aquina que crea energ´ıa. El invento consiste en un dep´
osito cil´ındrico
abierto a la atm´
osfera que contiene un cuerpo de densidad menor que la del fluido que llenar´a el
dep´
osito.
Inicialmente el cuerpose apoya en la base del dep´
osito y ´este est´a vac´ıo. Una bomba llena el dep´
osito
(a) hasta que el cuerpo alcanza la anilla y queda fijo en la posici´on indicada en (b). A continuaci´
on
se vac´ıa el dep´
osito (c) recuperando mediante una turbina la energ´ıa empleada para llenarlo. De este
modo se ha ganado una energ´ıa que queda almacenada en forma de energ´ıa potencial gravitatoria.Explicar razonadamente donde est´a el error bas´
andose en un diagrama p − V , donde p es la presi´
on
del fluido a la entrada de la bomba y V su volumen.

(a)

fluido

(b)

fluido

(c)

4. Un ciclo recorrido por un gas ideal viene representado en el diagrama P − V por un rect´angulo de
v´ertices A, B, C y D. Repres´entese dicho ciclo en el diagrama T − V especificando los v´ertices A,
B, C y D.

p/atm.5. Un mol de gas ideal se somete al proceso ABCDA de la figura formada por dos
isotermas, una isobara y una isocora. Dibujar el ciclo en el diagrama T − V . Hallar
el trabajo neto obtenido despu´es de un ciclo y el calor total absorbido por el gas.
Dato: Cv = 3R/2.

8

A

B
C

5

D
2

3

V/l

6. El sistema de la figura ´es un cilindre de radi r a l’interior del qual hi han n mols d’un gas ideal.
Al’instant inicial, l’`embol est`a situat a la posici´o de la figura, a una dist`
ancia d0 de la base del
cilindre i a una temperatura T0 . La pressi´
o exterior Pe ´es constant.
a) Determinar la pressi´
o pi del gas a l’instant inicial.
L’`embol est`a en equilibri sota l’acci´o de la for¸ca de la pressi´
o del gas i de la massa M que est`a
unida solidariament a l’`embol i descansa sobre una...