UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ENERGIA Y FISICA
PROBLEMAS Y EJERCICIOS DE APLICACIÓN
ASIGNATURA
CICLO
TEMA
DOCENTE
Física – II
III
Calor Temperatura
Roberto C. GIL AGUILAR
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1.- ¿A qué temperatura las escalas
Fahrenheit y Celsius dan la misma lectura?
¿A qué temperatura la dan las escalas
Fahrenheit y Kelvin?
a) −400
b) 574.270
2.- Si la temperatura del gas ideal en el
punto de ebullición del agua es 𝑇(𝑃) =
373.150 𝐾, ¿Cuál es el valor limite de la
relación de las presiones de un gas en el
punto de ebullición y en el punto triple del
agua cuando el gas se conserva a volumen
constante?
a)
𝑃
𝑃𝑂
5.- El área de una placa rectangular es ab.
Su coeficiente de dilatación lineal es α.
Después de elevarse su temperatura ∆T, el
lado a se alarga ∆a y el lado d se alarga ∆b.
Demuestre que si no se toma en cuenta la
pequeña área ∆a.∆b, que se muestra
sombreada y de tamaño sumamente
exagerado en la figura, entonces:
∆𝐴 = 2𝛼𝐴 ∆𝑇
= 1.37
3.- Un reloj de péndulo hecho de Invar se
calibra para que tenga un periodo de 0.5 s a
20 0C. Si el reloj se usa en un clima en que
la temperatura tiene un valor medio de 30
0
C, ¿Qué correlación (aproximadamente)
hay que hacer a la hora dada por el reloj al
terminar 30 días?. Coeficiente de dilatación
lineal del invar es.
𝛼𝐼𝑛𝑣. = 6𝑥10−7 0 𝐶 −1
7.77 𝑠
4.- Una barra de acero tiene 3.000 cm de
diámetro a 25 0C. Un anillo de bronce tiene
un diámetro inferior de 2.992 cm a 25 0C.
¿A qué temperatura común entrará
justamente el anillo en la varilla?
𝛼𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 = 11𝑥10−6 0 𝐶 −1
𝛼𝐵𝑟𝑜𝑛𝑐𝑒 = 19𝑥10−6 0 𝐶 −1
𝑡 = 3600 𝐶
6.- Demuéstrese que, no tomando en cuenta
cantidades sumamente pequeñas, el cambio
de volumen de un sólido al dilatarse como
consecuencia de una elevación de
temperatura ∆𝑇 esta dado por la expresión
∆𝑉 = 3𝛼𝑉 ∆𝑇 en la que α es el coeficiente
de dilatación lineal.
7.- Considérese un termómetro de mercurio
en cristal. Supóngase que la sección
transversal del tubo capilar tiene un valor
constante 𝐴0 y que 𝑉0 es el volumen de la
ampolleta de mercurio a la temperatura de
0 0 𝐶, si el mercurio llena exactamente la
ampolleta a 0 0 𝐶, demuestre que la longitud
de la columna de mercurio en el tubo
capilar a una temperatura 𝑡 0 𝐶
𝐿=
𝑉0
(𝛽 − 3𝛼)𝑡
𝐴0
Esto es, proporcional a la temperatura,
siendo β el coeficiente de dilatación
volumétrica del mercurio y α el coeficiente
de dilatación lineal del cristal.
12.- Un riel tiene 50 m de largo a 0 0C,
¿Qué largo tendrá a 40 0C?
𝛼𝐹𝑒 = 1.21𝑥10−5 0 𝐶 −1
50.242 m
8.- Una cinta métrica de acero de 5 m de
longitud se ha calibrado a la temperatura de
20 0 C. ¿Cuál es su longitud en un día
caluroso de verano cuando la temperatura
es 350 C?. Considere.
𝛼𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 = 1.2𝑥10−5 0 𝐶 −1
5,0009 m
9.- Un frasco de vidrio de 200 cm3 se llena
completamente de mercurio a 20 0C.
¿Cuánto mercurio se derrama al subir la
temperatura del sistema hasta 100 0C? El
coeficiente de dilatación volumétrica del
vidrio es 1,2 x 10 -5 (C 0 )-1 .
𝛼𝑉𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 = 1.2𝑥10−5 0 𝐶 −1
y 𝛼𝐻𝑔 = 18𝑥10−5 0 𝐶 −1
13.- Se calientan 150 g de hierro en agua
hirviendo a 93 0C y se agregan rápidamente
(¿Por qué?) al vaso interior de aluminio,
que contiene 100 g de agua; la masa del
vaso interior es de 50 g. Entonces la
temperatura del agua (y del vaso interior)
asciende de 20 a 30 0C ¿Cuánto vale el
calor específico del hierro?. Datos
adicionales:
𝑐𝑎𝑙
𝑐𝑎𝑙
𝑐𝑒𝐴𝑙 = 0.22 𝑔0 𝐶 y 𝑐𝑒𝐻2 𝑂 = 1 𝑔0 𝐶
0.12cal/g 0C
14.- Una taza de cobre de 0,1 kg de masa,
inicialmente a 20 0C, se llena con 0,2 kg de
café inicialmente a 70 0C. ¿Cuál es la
temperatura final cuando el café y la taza
han alcanzado el equilibrio térmico?
𝑐𝑒𝐶𝑢 = 390
𝐽
𝐾𝑔 0 𝐶
𝑐𝑒𝐶𝑎𝑓é = 4186
𝐽
𝐾𝑔 0 𝐶
𝑇 = 67,8 𝐶 0
2,69 cm3
10.- Un tubo metálico inicialmente de 80
cm de largo al calentarse de 23 0C a 93 0C
por medio de vapor hace girar 50 0 el índice
del aparato de Cowan. Al deslizarse
previamente 2 mm el tubo, el índice gira
400’. ¿Cuánto vale el coeficiente
de
dilatación lineal del tubo?
𝛼 = 4.46 𝑥 10−5 (𝐶 0 )−1
11.- A 20 0C una varilla de hierro mide 200
cm y a 90 0C mide 200.17 cm (es decir, se
alargó 1.7 mm). ¿Cuánto vale su coeficiente
de dilatación lineal?
𝛼𝐹𝑒 = 1.21 𝑥 10−5 (𝐶 0 )−1
15.- Calcule el calor específico de un metal
con los siguientes datos. Un recipiente
hecho del metal pesa 8.0 lb y contiene
además 30 lb de agua. Un pedazo de metal
de 4.0 lb que esta inicialmente a una
temperatura de 350 0F se hecha en el agua.
El agua y el recipiente están inicialmente a
una temperatura de 60 0F y la temperatura
final de todo el sistema es 65 0F.
𝑐𝑚 = 0.13 𝐵𝑇𝑈/(𝑙𝑏)(𝐹 0 )