TEMPERATURA, DILATACIÓN Y CALORIMETRÍA EJERCICIOS DESARROLLADOS PASO A PASO IMPRIMIR GRATIS ~ FISICA PROBLEMAS RESUELTOS

1. Determine la temperatura a la cual la lectura de un termómetro Fahrenheit, es exactamente el doble que la obtenida con un termómetro Celsius.

A) 300 ºF B) 320 ºF
C) 320 ºC D) 400 ºC
E) 160 ºF

SOLUCIÓN
Por dato:

Además sabemos que:

Sustituyendo

Por la condición de partida:

RPTA.: B

2. Un termómetro de mercurio tiene una escala que marca 0 ºX cuando la temperatura es de -10 ºC y marca 220 ºX para 100 ºC. ¿Cuántos grados X corresponden a la temperatura promedio del cuerpo humano de 37 ºC?

A) 94º B) 100º C) 114º
D) 120º E) 125º

SOLUCIÓN
Comparando la escala x con la escala Celsius.

RPTA.: A

3. Una varilla de vidrio y otra de acero tienen la misma longitud a 0 ºC, y a 100 ºC sus longitudes se diferencian en 0,2 mm. Determine la longitud de cada varilla a 0 ºC. (Los coeficientes de dilatación lineal para ambos materiales son: acero=410-6 ºC-1,vidrio=510-6 ºC-1)

A) 1 m B) 2 m C) 3 m
D) 4 m E) 5 m

SOLUCIÓN
Como:
Entonces:
Por dato:
m
m

RPTA.: B
4. Se tienen dos varillas “A” y “B” cuyos coeficientes de dilatación lineal son A = 1,210-6 ºC-1 y B = 1,810-6 ºC-1. La longitud en función de la temperatura para ambas varillas, se muestra en la figura. Determine la relación de las longitudes iniciales “LOA / LOB”.

A) 1/4 B) 1/3 C) 1/2
D) 3 E) 4

SOLUCIÓN

De la figura:

Pero:

Entonces:
Dividiendo:
RPTA.: C

5. En la figura se muestra la variación relativa de la longitud de dos barras de materiales A y B en función de la variación de sus temperaturas T con respecto a la temperatura ambiente. Si las dos barras tienen la misma longitud inicial L0 a la temperatura ambiente, ¿para qué incremento de temperatura la diferencia de sus longitudes será de 0,07 % de la longitud inicial L0?

A) 50ºC B) 60ºC C) 70ºC
D) 80ºC E) 90ºC

SOLUCIÓN
Por dato:
……........(1)
De la figura:
…..(2)
……(3)
Dividiendo (2) y (3)

De (1):

……...(4)
Además de la figura:
,
Reemplazando en (4):

RPTA.: C

6. La base de una plancha eléctrica es una placa de aluminio que tiene un área de 200 cm² a la temperatura de 20 ºC. Calcule el aumento del área de dicha base (en cm²) cuando la plancha está funcionando a 170 ºC.
(aluminio = 2,3 10-5 ºC-1)

A) 0,23 B) 0,46 C) 1,15
D) 1,38 E) 2,12

SOLUCIÓN
Sabemos que:

RPTA.: D

7. Se desea insertar un anillo de 2 cm de radio interno en un tubo de 2,1 cm de radio externo. El anillo inicialmente está a 15 ºC. ¿Hasta que temperatura se deberá calentar el anillo para lograr el objetivo? El coeficiente de dilatación lineal del anillo es 10-3 ºC-1.

A) 45 ºC B) 50 ºC
C) 55 ºC D) 60 ºC E) 65 ºC

SOLUCIÓN
Por dato tenemos:

Trabajando con los radios:
r = ro  T
r  r = ro  T
0,1 = 2 . 103 (Tf  15ºC)
Tf = 65ºC
RPTA.: E

8. Una placa metálica de 100 g y coeficiente de dilatación lineal 10-4 ºC-1 recibe 400 calorías de energía calorífica incrementando su área en 1%. Halle el calor específico (en cal/gºC) de la placa.

A) 0,04 B) 0,08 C) 0,016
D) 0,02 E) 0,30

SOLUCIÓN
Sabemos que:

Además:
Calculando el calor especifico

RPTA.: B

9. Un recipiente de vidrio de capacidad 2 000 cm³ está lleno de mercurio. Si la temperatura se incrementa en 100ºC, el recipiente alcanza un volumen de 2010 cm³. Calcule el volumen de mercurio que se derrama. (Coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es Hg = 1,810-4 ºC-1)

A) 10 cm³ B) 12 cm³
C) 15 cm³ D) 26 cm³ E) 28 cm³

SOLUCIÓN
Calculamos el volumen final del mercurio:

Además sabemos que el recipiente alcanza un volumen de:

Entonces el volumen de mercurio derramado será:
RPTA.: D

10. Un motorcito desarrolla una potencia 1kW al accionar unas paletas que agitan el agua contenida en un recipiente. ¿Qué cantidad de energía (en kcal) se le habrá proporcionado al agua de 1 minuto? Considere que toda la energía suministrada por el motor es absorbida por el agua.

A) 10,2 B) 12,2 C) 14,4
D) 14,4 E) 18,6

SOLUCIÓN
Por dato:

Además:

RPTA.: C

11. Una masa de 300 g de vapor de agua a 100 ºC se enfría hasta obtener hielo a 0 ºC. ¿Cuántas kilocalorías se le sustrajo en el proceso? (El calor latente de vaporización del agua es 540 cal/g y el calor latente de fusión del hielo es 80 cal/g)

A) 180 B) 196 C) 216
D) 226 E) 230

SOLUCIÓN

El calor liberado será:

Donde:
cal
cal
cal

RPTA.: C

12. Un recipiente de capacidad calorífica despreciable contiene 40 gramos de hielo a -20 ºC. ¿Cuántos gramos de agua a 100 ºC se debe verter en el recipiente, para obtener finalmente agua líquida a 0ºC?

A) 18 B) 20 C) 30
D) 36 E) 42

SOLUCIÓN
Qganado hielo = Qperdido agua

RPTA.: D

13. Un estudiante mezcla dos cantidades de un mismo líquido que están a diferentes temperaturas. La masa y la temperatura del líquido más caliente son tres veces la masa y la temperatura del líquido más frío, respectivamente. La temperatura inicial del líquido frío es 25 ºC, entonces la temperatura de equilibrio de la mezcla es:

A) 32,5ºC B) 42,5ºC
C) 53,5ºC D) 62,5ºC
E) 65,0ºC

SOLUCIÓN
Por dato:

m 3 m

Qganado = Qperdido

RPTA.: D

14. El comportamiento de La temperatura de un cuerpo de masa 0,5 kg en función del calor recibido, es tal como se muestra en la figura. Determine los calores específicos (en cal/gºC) en las fases sólido y líquido respectivamente.

A) 2 ; 3 B) 4 ; 3 C) 5 ; 3
D) 6 ; 4 E) 6 ; 5

SOLUCIÓN

De la figura:

Para el estado sólido:

Para el estado líquido:

RPTA.: B

15. Determine la cantidad de calor que se le debe suministrar a 20 g de hielo a -20 ºC para llevarlo hasta vapor a 120 ºC.

A) 14 400 cal
B) 14 800 cal
C) 15 000 cal
D) 15 200 cal
E) 15 900 cal

SOLUCIÓN

Calor suministrado será:

Donde:

RPTA.: B

16. En un calorímetro cuyo equivalente en agua es 20 g se tiene 40 g de agua a 20 ºC. Si se introduce en el agua un cuerpo de 80 g a 50 ºC, la temperatura final de equilibrio es de 40ºC. Halle el calor específico del cuerpo (en cal/gºC).

A) 0,5 B) 1,0 C) 1,5
D) 2,0 E) 2,5

SOLUCIÓN

Qganado = Qperdido

RPTA.: C

17. Un recipiente térmicamente aislado contiene 200 g de agua a una temperatura de 25 ºC. Si se añade 20 g de hielo a una temperatura de -5 ºC. Determine la temperatura de equilibrio (en ºC) de la mezcla.

A) 6,2 B) 8,2 C) 9,6
D) 15,2 E) 16,4

SOLUCIÓN

RPTA.: D

18. Un calentador eléctrico de 350 W se emplea para hacer hervir 500g de agua. Si inicialmente la temperatura del agua es 18 ºC, ¿cuánto tiempo (en minutos) se emplea en hervir el agua?
(1cal = 4,2J)

A) 6,2 B) 8,2 C) 8,4
D) 8,6 E) 9,2

SOLUCIÓN
Calculando la cantidad de calor para hacer hervir el agua:

= 41000 cal

Además sabemos que:

RPTA.: B

19. Un proyectil penetra en una pared con rapidez de 200 m/s. Sí el 20% de su energía cinética se transforma en energía calorífica, halle el aumento de temperatura que experimenta el proyectil de calor específico 400 J/kg ºC.

A) 5 ºC B) 6 ºC C) 9 ºC
D) 10 ºC E) 11 ºC

SOLUCIÓN
Por dato:

Calculando el incremento de temperatura:

RPTA.: D

20. En la figura se muestra un bloque de masa 2 kg que es lanzado desde la base de una rampa, con una rapidez de 2 m/s. Si la rampa es de superficie rugosa, calcule la cantidad de energía que se transforma en calor.
(1J = 0,24cal)

A) 0,160 cal B) 0,384 cal
C) 0,768 cal D) 0,867 cal
E) 1,600 cal

SOLUCIÓN
* La energía que se desprende en forma de calor es el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento:
Q = Wfroz
= froz . d
Q = µ FN . d
Q = 0,5 . 16 . d ..............(I)

* Calculamos “d”: por teorema del trabajo y energía mecánica
Wfroz = EM
µmgCos37ºd = mg Sen 37ºd  m
d =

* Reemplazamos “d” en (I)
 Q = 1,6 J
Q = 0,384 cal
RPTA.: B