Fundamentos de la Termodinámica: Calor, Energía y Equilibrio Térmico

1. Diferentes tipos de transmisión de calor:

• Por Conducción: La energía se transporta debido a los choques de partículas sin desplazamiento de materia.
• Por Convección: La energía se transporta debido a la diferencia entre fluidos calientes y fríos con desplazamiento de materia.
• Por Radiación: La energía se transporta mediante ondas electromagnéticas emitidas por los cuerpos con temperaturas sobre 0 absoluto. No hay desplazamiento de materia.

2. Diferencia los siguientes pares de conceptos: Trabajo y potencia; Energía cinética y energía potencial; conducción y convección; sublimación y fusión.

• Trabajo y potencia: Trabajo es la capacidad que se necesita para dar movimiento a un cuerpo y potencia es el trabajo realizado en un intervalo de tiempo.
• Energía cinética y energía potencial: La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo en función de su posición, y la energía cinética depende de la masa de los cuerpos en movimiento.
• Conducción y convección: En la conducción la energía se transfiere a través de un sólido mediante choques de partículas sin desplazamiento de materia y en la convección la energía se transfiere a través de un fluido y hay desplazamiento de materia.
• Sublimación y fusión: La sublimación es el cambio de la materia de estado sólido a gaseoso y la fusión de sólido a líquido.

3. Un cuerpo situado en lo alto de un plano inclinado 30° sobre la horizontal desciende por él con una aceleración de 1 m/s².

Si su masa es de 100 kg:

1. a) Dibuja el esquema de fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
2. b) Calcula el coeficiente de rozamiento.

B) Σ FX = m*a

Sen30 = 0,5

μN + 1000 * sen30 = 100

μN +500 = 100

Σ + y = 0

Cos30 = 0,9

N = 1000 * cos30

N = 866

Reemplazando μN de la primera ecuación:

μN + 500 + 100

μ*366 + 500 = 100

μN = 100 - 500

μ = - 400 / 866

μ = 0,461

3. Desde lo alto de una terraza de 30 m lanzamos hacia abajo un cuerpo de masa 2kg con una velocidad de 10 m/s. Calcular:

a) La energía cinética, potencial y mecánica justo en el inicio.

• EP: Ep = mgh Ep = 2kg * 10ms² * 30m= 600J

EC: Ec = 1/2mv² Ec = ½ * 2kg * 10m/s² Ec = 100kg m/s²=100J

EM: Em = Ep + Ec=600J + 100J=700J que llega al suelo.

4. Un recipiente contiene medio litro de agua a 25 °C. Si el calor específico del agua es de 4180 J/(kg·K), calcula la cantidad de energía necesaria para llevar toda el agua a la temperatura de ebullición (100 °C).

La energía necesaria para elevar la temperatura del agua hasta los 100°C será:

1L/KG=0.5kg

Q = m·c_e·ΔT = 0.5*4180*(100 - 25) = 156750 Julios

Si se mezclan en una cacerola medio litro de agua a 25° con 2 litros más a 80° ¿Cuál será la temperatura de la mezcla cuando se alcanza el equilibrio térmico?

m₁* c₁*(t₁ - t_equi) = m₂ * c₂* (t_equi - t₂)

2 * 4180 * (80 - t_equi) = ½ * 4180 * (t_equi - 25)

2 (80 - Te_qui) = ½ * (t_equi - 25)

160 - 2t_equi = ½ t_equi - 12,5

160 + 12,5 = 2t_equi + 1/2t_equi

172,5 = 2,5 t_equi

T_equi = 172,5 / 2,5 = 69° que alcanza el equilibrio térmico.

5. Un recipiente cerrado de 4 L contiene un gas a presión de 5 atm y una temperatura de 20 °C ¿Cuál debe ser la temperatura para que la presión de gas se triplique? Si el volumen se duplica y la presión permanece constante, ¿Cuál será la nueva temperatura? Como se triplica sería 5x3=15

A)

5 / 20 = 15/ T₂ 5T₂ = 20*15= 300 T₂ = 300/5=60 °C

B)

4 / 20 = 8/T₂ 4T₂ = 20*8= 160 T₂ = 160/4=40 °C