DIVISIN DE CIENCIAS BSICAS COORDINACIN DE FSICA Y QUMICA
EXAMEN DEPARTAMENTAL DE PRINCIPIOS DE TERMODINMICA Y
ELECTROMAGNETISMO (1314) PRIMER EXAMEN PARCIAL SEMESTRE 2013 1
Sbado 8 de septiembre de 2012, 8:00 horas Tipo
Ren Antoine Ferchault de Raumur (1683 1757 )
Resolucin 1. Una casa en el fondo de una colina se abastece
mediante un tanque lleno de agua de 5 [m] de
profundidad, el cual est conectado a la casa por un tubo de 120
[m] de longitud que forma un ngulo de 60 [] con respecto a la
horizontal, como se muestra en la figura. Si un barmetro de
Torricelli que utiliza mercurio, cuya densidad relativa es 13.6
[1], tiene una altura baromtrica en ese lugar de 52 [cm de Hg],
determine la presin absoluta, en [kPa], del agua en la casa.
= 60 g = 9.78 [m/s2]
P gh gh 13.6 10 kg
m 9.78
m
s 0.52m 69164.16Pa
P P P;P gz; delafigura:h Lsen
entonces:z z h z Lsen
P gz Lsen 10 kgm
9.78ms 5m 120msen60 1065267Pa
P 69.164kPa 1065.267kPa
.
2. Suponga que la densidad relativa de hielo es 0.917 [1],
mientras que la del agua salada es 1.025 [1].
Determine la fraccin de un tmpano de hielo que queda sobre la
superficie del agua. Sea T = tmpano
mV;.
.
; . .
Supongamosunvolumenunitario,porejemplo:V=1m
entonces:W mg Vg
comoestenequilibrio:F 0;W F 0;W F
Vg ..V..g; donde: a. s. aguasalada,L. D. liquidodesalojado
V ..V..; V.. V..
V..
..
V
SiV 1mentonces:V..
0.9171.025
1m 0.8946m
V 1 0.8946m . .
. . % 3. Se tiene un tubo en forma de U abierto por ambos
extremos,
como se muestra en la figura. Determine el volumen de aceite, en
mililitros, si su densidad es 683 [kg/m3]. Considere que el dimetro
interno de todo el tubo es de 1 [cm].
z = 19 [cm]
P P;P gz;
P gz; igualando gz gz
z z
10
0.19
683
0.2782m;V 1
4dz
1
40.01m0.2782m
V 0.0218 10m 0.0218; .
4. En un recipiente, de paredes adiabticas, se mezclan 300 [g]
de vapor de agua a 100 [C] con el
doble de hielo a 0 [C]. Sabiendo que el experimento se realiza a
nivel del mar y que se alcanza el equilibrio trmico, determine:
a) La temperatura de la mezcla. b) La masa de hielo, lquido y
vapor. Sistematermodinmico:
contenidodelrecipientedeparedesadiabticas, sistemaaislado; m
300gmasaqueoriginalmenteeravapor, T T 100C m 2mv
600gmasaqueoriginalmenteerahielo, T T 0C comoesunsistemaaislado:Q Q
0;
siT 100Chiptesis, entonces:mh mcT T mh 0,
dondem masadevaporquesecondensa
porlotanto:m mh cT T
h
m 600g 333 10
4186
100 0C
2257 10
199.8g 200g
comom m, entoncesquedaunamezcladelquidoavapora
hiptesiscorrecta
m m m 600 200g masadelquidofinal
m m m 300 200g masadevaporfinal
m masadeslidofinal
5. En el laboratorio de esta asignatura, un grupo de alumnos fue
variando el volumen (V) de un
lquido con una bureta, midi la masa (m) del mismo junto con la
del recipiente con una balanza y obtuvo la tabla que se muestra.
Con base en ello y con un ajuste de datos experimentales con el
mtodo del mnimo de la suma de los cuadrados, determine:
a) La densidad del fluido, en el SI. b) La masa del recipiente,
en [g].
Vlquido [m] mlquido y recipiente [g] 2 15.85 4 17.71 6 19.42 8
20.08
m
Vm V; comparandoconelmodelom V b,podemosescribir:
yb m
Conelusodelmtododelmnimodelasumadeloscuadradostenemosque
lapendientees: 0.720 gm ylaordenadaalorigenesb 14.665g,
entonces: 0.72 gm
720 kgm
,ym 14.67g
, .
6. Un gas experimenta un proceso en el que su presin absoluta
(P) vara en funcin de su volumen
(V) de acuerdo con la siguiente expresin: P V1.3 = constante. Si
la presin inicial del gas es 1 [atm] y su volumen 1 [], determine,
en el SI, el trabajo asociado al proceso cuando el gas se comprime
a la mitad del volumen inicial as como la presin en el estado final
de dicho proceso.
Sistematermodinmico: gasqueexperimentaelproceso;
sistemacerrado.
SabemosqueelprocesosepuederepresentarcomoPV. c,dondec
constante
P 1atm 101325Pa,V 1 0.001m,V 1
2V 0.0005m
W PdV
,comoP
c
V.,entonces
W c
V.dV c V.dV c
V.
0.3
c
0.3V.
W c0.3
V. V
.comoc PV.tenemosque
W PV
.
0.3V
. V.
101325Pa0.001m.
0.30.0005m. 0.001m.
.
PV. PV
.,P VV.
P,V 12V,V 2V
P 2VV
.
P 2.P 2
.101325Pa, .
Tipo HendrikAntoonLorentz (1853 1928 )
Solucin
.
. . . . %
. . masadelquidofinal
. masadevaporfinal
masadeslidofinal
.
, .
. ; .
