I MPORTANTE: DEBE FUNDAMENTAR TODAS SUS RESPUESTAS: SE CORREGIRÁ LA JUSTIFICACIÓN Y O DESARROLLO DE CADA UNA DE LAS RESPUESTAS

F

130

CERTAMEN # 1 17 de Mayo de 2010

AP.PATERNO AP.MATERNO NOMBRE

ROL USM

-

EL CERTAMEN CONSTA DE 9 PÁGINAS CON 15 PREGUNTAS EN TOTAL. TIEMPO:120 MINUTOS

I

:

DEBE

FUNDAMENTAR

TODAS

SUS

RESPUESTAS:

SE CORREGIRÁ LA JUSTIFICACIÓN Y

/

PREGUNTAS OMITIDAS NO DAN PUNTAJE

1. En una botella de 1[L] que se encuentra cerrada hay 1[gr] de un gas ideal de peso molecular 28[gr/mol] a una temperatura de 7[ºC]. La presión en el interior de la botella, en [Pa], es aproximadamente de:

a) 20776 b) 789500 c) 83100 d) 831000 e) N. A.

2. Considere dos recipientes de igual tamaño. Uno de ellos contiene n1 moles de un gas monoatómico, y el otro recipiente contiene n2 moles de un gas diatómico. Los dos gases se encuentran inicialmente a la misma temperatura. Al suministrarles igual cantidad de calor se observa igual cambio de temperatura. Entonces, el cociente n1/n2 es:

a) 1 b) 5/3 c) 3/5 d) 2 e) N. A. Justificación de su respuesta:

3. Dos moles de gas ideal se calientan a presión constante desde 27 [°C] hasta 107 [°C]. Haga un diagrama pV de la situación. Entonces el trabajo realizado por el gas es aproximdamente:

b) 740 [J] b) 810 [J] c) 1520 [J] d) 1330 [J] e) N.A.

4. En el diagrama P- V se muestran dos procesos, 1 y 2, siendo el proceso 1 isotermo. Ambos se realizan entre los mismos estados, inicial (i) y final (f). De las siguientes afirmaciones es correcta:

a) El calor transferido en el proceso 1 es igual al transferido en el proceso 2 b) El calor transferido en el proceso 1 es mayor que el transferido en el proceso 2 c) El calor transferido en el proceso 1 es menor que el transferido en el proceso 2

d) El calor transferido en el proceso 1 es igual al trabajo realizado en el proceso 2 e) En el proceso 2 el trabajo realizado es menor que el trabajo realizado en el proceso 1.

Justificación de su respuesta:

Justificación de su respuesta:

V

p i

f

5. Un estudiante de FIS-130 desea enfriar 0.25 [Kg] de agua que está a 25 [°C], agregándole hielo que está a -20 [°C]. Cuánto hielo debe agregar para que la temperatura final sea de 0 [°C] con todo el hielo derretido? Desprecie la capacidad calorífica del recipiente.

a) 33 [g] b) 28 [g] c) 69 [gr] d) 110 [gr] e) 120 [gr]

6. Se permite que un gas diatómico ideal a una presión de 4 [atm] y 360 K se expanda adiabáticamente a 1.5 veces su volumen inicial. Entonces, la presión y la temperatura final son:

a) 2.27 [atm] y 298 K b) 2.04 [atm] y 267 K c) 2.0 [atm] y 290 K d) 3.0 [atm] y 310 K e) N.A. Justificación de su respuesta:

7. Una máquina térmica realiza un trabajo de 25 [J] en cada ciclo de operación, para ello debe absorber 200 [J] de calor, entonces la eficiencia de la máquina y el calor liberado en cada ciclo es respectivamente:

a) 25% y 205 J b) 87.5 % y 25 J c) 12.5% y 175 J d) 20% y 175 J e) N.A.

8. Un refrigerador tiene un rendimiento de operación igual a 6. Si el refrigerador absorbe 240 [J] de calor de una fuente fría en cada ciclo, el trabajo realizado sobre el sistema en cada ciclo y el calor liberado a la fuente caliente son respectivamente:

a) 160 [J] y 50 [J] b) 40 [J] y 280 [J] c) 20 [J] y 120 [J] d) 15 [J] y 215 [J] e) N. A. Justificación de su respuesta:

9. Una máquina de Carnot toma 2000 [J] de calor de una fuente a 500 [K] realizando trabajo y desechando calor a un depósito a 350 [K]. Entonces el calor expulsado por la máquina y su eficiencia son respectivamente:

a) -1400 [J] y 30% b) 1400[J] y 70% c) 700 [J] y 30% d) -700 [J] y 25% e) N.A.

10.Dos moles de un gas monoatómico ideal se somete a un ciclo abca. En un ciclo completo, salen del gas

800 [J] de calor. El proceso ab se efectúa a presión constante; y el ciclo bc, a volumen constante. Los

estados a y b tienen temperaturas Ta = 200 [K] y Tb = 300 [K]. Haga una gráfica pV para el ciclo. ¿Cuánto trabajo W se efectúa en el proceso ca?

a) -3260 [J] b) -2460 [J] c) -1660 [J] d) 800 [J] e) N.A. Justificación de su respuesta:

11.Un barril contiene una capa de aceite especial de 0.120 [m] sobre 0.250 [m] de agua, la densidad Del aceite es de 600 [kg/m3]. ¿Cuál es la presión manométrica en la interfaz aceite agua?

a) 706 [Pa] b) 860 [Pa] c) 960 [Pa] d) 1024 [Pa] e) N.A.

12.Un bloque cúbico de madera de 10 [cm] por lado, flota en la interfaz entre aceite y agua

con su superficie inferior 1.50 [cm] bajo la interfaz. La densidad del aceite es de 790 [Kg/m3_{], tal como} muestra la figura. Entonces la masa del bloque es aproximadamente de:

a) 0.8215 [Kg] b) 0.790 [Kg] c) 1.5 [Kg] d) 1 [Kg] e) N.A. Justificación de su respuesta:

Justificación de su respuesta:

10cm

10cm

agua

13.Una cubeta cilíndrica, abierta por arriba, tiene 25 [cm] de altura 10 [cm] de diámetro. Se hace un agujero circular con área de 1.5 [cm2] centrado en el fondo de la cubeta. Se vierte agua en la cubeta por la parte de arriba a razón de 2.4x10-4 [m3/s]. Entonces, la altura que subirá el agua en la cubeta es de:

a) 15 [cm] b) 26 [cm] c) 22.1 [cm] d) 13.1 [cm] e) N.A.

14.La figura muestra un tubo horizontal, donde su área transversal mayor es de 40 [cm2] y en la parte estrangulada su sección es de 10 [cm2]. El tubo en U contiene mercurio. Si por la tubería fluye agua a razón de 6 [L/s], entonces la diferencia de presión entre la sección ancha y la angosta es aproximadamente de:

a) 3.7 104 [Pa] b) 1.7 104 [Pa] c) 1.7 103 [Pa] d) 3.7 103 [Pa] e) N.A. Justificación de su respuesta:

15. En el problema anterior, la diferencia de altura entre las columna de mercurio en el tubo con forma de U es aproximadamente de:

a) 12.7 [cm] b) 22.7 [cm] c) 14.3 [cm] d) 28.6 [cm]

INFORMACION UTIL

UNIDADES Y CONSTANTES

1 [cal] = 4,184 [J]; 1 [W] = 1 [J/s] ; 0 [ºC] = 273,15 [K]

1 [atm] =1.013 105 _[N/m2_{] ; 1 Pa= 1 N/m}2_{; 1 [litro] =1 [L] = 1 [dm}3_{] ; 1[angström] = 1 [Å] = 10}-10 _[m] R = 0,08214 [L· atm / K · mol] = 8,314 [J / K · mol], kB ≈ 1,38· 10-23 [J / K] ; NA ≈ 6 · 1023 [ 1 / mol] Volumen molar en condiciones normales ≈ 22,4 [L / mol]

Densidades (kg/m3_{): Aire = 1.2; Hielo = 0.92*10}3_{; Agua = 1.00*10}3_{; Agua de mar = 1.03*10}3_{; Mercurio=13.6*10}3

Agua líquida: c = 1 [cal / g · ºC] = 4.184 kJ/(kg K) ; Pto. Eb. : 100 [ºC] = 212 [ºF] ; E= Nk T_B 2

Hielo: c = 0,5 [cal / g · ºC] ; Vapor : c ≈ 2,1 [J / g · ºC]

ρ = 103 [kg/m3] = 1 [kg/L]. Lf =80 cal/g; Lv= 542.4 cal/g

Calores específicos: cAlcohol =0.58 [cal / g · ºC]; cMercurio =0.033 [cal / g · ºC]; cAluminio = 900 [J/kg ºC]

cCobre = 386 [J/kg ºC] = 0.0924 [cal / g · ºC]

ρAluminio = 2.17 x103 [kg/m3] αAluminio= 24x10-6 (ºC)-1, kCobre=397(W/m2°C)

3 2 V

c = R gas monoatómico 5

2 V

c = R gas monoatómico

ALGUNAS ECUACIONES

0(1 )

L=L + ∆α T ; ∆ =V 3αV₀∆T; Q=mc T∆ ; Q=mL_t; H dQ kA T

dt x

∆

= = −

∆ , ∆ = ∆ = −U E Q W

Presión en un fluido estático de densidad uniforme: p₂− p₁ = −ρg y( ₂−y₁),

g = 10 [m/s2] dp g dy = −ρ ;

dV

Q Av

dt

= = ; 1 2 _.

2

p+ρgy+ ρv =const ;

( , ) cos( )

y x t =A kx−ωt ; v=ω/k; k=2 /π λ;

2 2

2 2

( , ) 1 ( , )

y x t y x t

x v t

∂ ₌ ∂

∂ ∂ ; Potencia de una onda

2 2 2

( , ) s ( )

P x t = µ ωF A en kx−ωt ; velocidad de una onda en diferentes medios: v= F/µ ;

/

v= B ρ;v= γRT M/ ; v= Y/ρ ; nivel de intensidad de sonido:β =(10dB) log( / )I I0 ;

2 2

1/ 2 2 / 1 I I =r r .

b

a b _a

W

=

∫

pdV

c

γ = cp = +cv R PV =nRT PV Cte.

γ ₌ 1 _.

TVγ− =Cte

c F c c T T W e Q T −

= = F F

F c

Q T

k

W T T

= =

− F Y L Y

A L