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Guía de Repaso 1: Temperatura y Escalas Termométricas 1- Dos cuerpos, A y B, con temperaturas diferentes, tA >tB, se ponen en contacto y aislados de influencias externas. a) Diga que sucede con los valores de tA y tB. b) ¿Cómo se denomina el estado hacia el cual tienden ambos cuerpos? c) Cuando se alcanza este estado, ¿qué podemos decir de los valores de tA y tB? 2- Para medir la temperatura de una persona debemos mantener el termómetro en contacto con ella durante cierto tiempo. ¿Por qué? 3- a) La temperatura normal del cuerpo humano es de casi 37°C. Exprese esta temperatura en la escala Kelvin. b) La temperatura de ebullición del nitrógeno líquido es de 78°K. ¿Cuál es su valor en °C? c) La temperatura de un cuerpo se elevó en 52°C. ¿Cuál fue la elevación de la temperatura Kelvin del mismo? 4- En un laboratorio de investigaciones, un científico midió la temperatura a la cual un cierto gas se licua, encontrando un valor extremadamaente bajo. ¿Cuál de los valores siguientes cree usted que puede haber obtenido ese científico? Explique. a) -327°C b) -15°K c) -253°C 5- Consulte la tabla al pié de la guía y diga: a) ¿Cuál de las temperaturas que allí se indican está más cercana al cero absoluto? b) ¿Esta temperatura es mayor o menor que el cero absoluto? c) ¿Existe en dicha tabla alguna temperatura superior a la de la superficie del Sol? (Esta última es de casi 6.000°K) 6- Dos recipientes, A y B, contienen masas iguales de un mismo gas a temperaturas diferentes, siendo tA >tB. Diga si son correctas las siguientes afirmaciones, justificando la respuesta: a) El gas en A, posee mas calor que el gas en B. b) La energía cinética de las moléculas del gas en A es mayor que la energía cinética de las moléculas del gas en B. Temperaturas notables en diversos fenómenos Explosión de un alambre metálico por descarga eléctrica

10.000°C

Fotósfera solar

5.700°C

Arco voltaico

4.800°C

Fusión del tungsteno

3.400°C

Filamento de una lámpara eléctrica

2.500°C

Fusión del plomo

327°C

Mezcla frigorífica [Cloruro de sodio (NaCl) + hielo]

-21°C

Condensación del hidrógeno Condensación del helio

20°K 4°K

Evaporación rápida de helio

0,71°K

Desmagnetización de algunos cristales

10-6°K

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Guía de Repaso 2: Dilatación de los sólidos 1- a) Explique por qué un vaso de vidrio común probablemente se romperá si se le llena parcialmente con agua hirviendo. b) ¿Por qué si lo llenamos por completo hay menos probabilidades de que se rompa? c) ¿Por qué no se quebraría si fuera de vidrio Pyrex? 2- Para comprender el significado del coeficiente de dilatación lineal, complete las siguientes afirmaciones en base al siguiente párrafo: Cuando se dice que el coeficiente lineal de dilatación del plomo vale 29x10 -6 °C-1, esto significa que una barra de plomo a) De un km de longitud se dilata 29x10-6 km cuando su temperatura aumenta en __________________. b) De 1 pulgada de largo se dilata 29x10-6 pulgadas cuando su temperatura aumenta en _____________. c) De un cm de longitud se dilata 29x10-6 cm cuando su temperatura aumenta en __________________. 3- a) Dos barras, A y B, de la misma longitud inicial sufren la misma elevación de temperatura. ¿Podrían ser diferentes las las dilataciones de estas barras? Explique. b) Dos barras, A y B, del mismo material experimentan la misma elevación de temperatura. Las dilataciones de estas barras ¿podrían ser distintas? Explique. 4- Una placa de cinc de forma rectangular, tiene 60 cm de longitud y 40 com de ancho, a la temperatura de 20°C. Suponiendo que la placa fuese calentada hasta 120°C y consultando la tabla al pie de la guía, calcule: a) El aumento de la longitud de la placa. b) El aumento del ancho de la placa. 5- Considere la placa del ejercicio anterior. a) ¿Cuál es el valor de su coeficiente de dilatación superficial, β? b) Calcule el aumento en el área de la placa usando el valor de β obtenido en a) 6- La capacidad de un recipiente volumétrico completamente lleno, como los matraces aforados que se usan en el laboratorio de química, es de exactamente 100 mL a la temperatura de 20°C (estos datos se indican en el recipiente). Cuando éste se tiene totalmente lleno de agua en un día caluroso (30°C), el volúmen del agua que contiene, ¿será mayor, menor o igual a 100 ml? Explique. 7- Suponga que un vía de ferrocarril se construyó con rieles de cierta longitud L, dejando entre ellos juntas de dilatación de 1 cm de amplitud. a) Si la vía se construyera con rieles de mayor longitud que L, ¿las juntas de dilatación deberán tener una amplitud mayor, menor o igual a 1 cm? Explique. b) ¿Por qué si se produce un incendio sobre la vía férrea, los rieles se deforman a pesar de la existencia de las juntas de dilatación? 8- Un esfera de acero flota en la superficie del mercurio contenido en un recipiente. Suponga que por un proceso determinado, se hace aumentar solo la temperatura de la esfera. a) ¿La densidad de la esfera aumentará, disminuirá o no sufrirá alteración alguna? b) Asimismo, ¿la fracción sumergida de la esfera, aumentará, disminuirá o no cambiará? Coeficientes de Dilatacion Lineal Sustancia

Coeficientes de Dilatatacion Lineal

α (°C )

Sustancia

-1

α (°C-1)

Alumnio

23 x 10-6 Tungsteno

4 x 10-6

Cobre

17 x 10-6 Plomo

29 x 10-6

Invar (Fe-Ni)

0,7 x 10-6 Sílice

0,4 x 10-6

Vidrio común

9 x 10-6 Acero

11 x 10-6

Cinc

25 x 10-6 Diamante

0,9 x 10-6

Vidrio Pyrex

3,2 x 10-6 Plata

20 x 10-6

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Guía de Repaso 3: Dilatación de los líquidos 1- Una persona llenó completamente el tanque de gasolina de su auto y lo dejó estacionado al sol. Luego de cierto tiempo, se dio cuenta de que, en virtud de la elevación de temperatura, cierta cantidad de gasolina se había derramado. a) ¿Se dilató el tanque de gasolina? b) ¿La cantidad que se derramó representa la dilatación real que sufrió la gasolina? c) Entonces, ¿la dilatación real de dicho liquido fue mayor, menor o igual a la dilatación del tanque? d) ¿Y el coeficiente de dilatación de la gasolina es mayor, menor o igual al coeficiente de dilatación volumétrica del material de que está hecho el tanque? −5

−1

2- Un líquido, cuyo coeficiente de dilatación volumétrica es γ L =6,9×10 ° C , fue colocado en un recipiente de aluminio, alcanzando una altura h dentro de este último. a- Consultando la tabla al pie de la guía anterior, determine el coeficiente de dilatación volumétrica, γ Al , del aluminio. b) Si el conjunto de recipiente y liquido se calentara, ¿El nivel del líquido subiría, bajaría o no sufriría alteraciones? c) Entonces, ¿Cuál fue la dilatación aparente del liquido? 3- Un recipiente, cuyo volumen inicial es

V 0 =100 cm

3

, está completamente lleno de glicerina a una temperatura

de 20ºC. Al calentar el conjunto hasta 50ºC, se observa que se derraman 1,5 cm3 del compuesto. a- ¿Cuál fue la dilatación aparente de la glicerina? b- Consulte Tabla al pie de la guia y calcule la dilatación real que sufrió esta sustancia. c- Entonces, ¿cuál es el valor del coeficiente de dilatación del recipiente? 4- Una esfera de madera flota en la superficie del agua contenida en un recipiente, y la cual esta a 2ºC de temperatura. Si solo se calentara el agua hasta que su temperatura llegase a 4ºC: a) ¿El volumen del agua aumentará, disminuirá o no sufrirá alteración? b) ¿La densidad del agua aumentará, disminuirá o no sufrirá cambio alguno? c) ¿Y la parte sumergida de la esfera, aumentará, disminuirá o no cambiará? 5- Responda a las preguntas del ejercicio anterior, suponiendo ahora que la temperatura del agua aumentara de 4ºC a 20ºC.

Coeficientes de Dilatacion Volumétrica Sustancia Alcohol etílico

γ

Coeficientes de Dilatatacion Volumétrica

(°C )

Sustancia

-1

0,75 x 10-3 Tungsteno

γ

(°C-1) 0,18 x 10-3

Disulfuro de carbono

1,2 x 10-3 Plomo

0,9 x 10-3

Glicerina

0,5 x 10-3 Agua

0,21 x 10-3

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Guía de Repaso 4:Termómetros y Escalas-Resúmen Histórico 1- ¿Por qué la expresión “termómetro” es inadecuada para designar el dispositivo construido por Galileo, mostrado en la figura? 2- Suponga que una persona ha graduado un termoscopio de Galileo, adaptándole una escala con la cual pudiera medir temperaturas del cuerpo humano (entre 36°C y 42 °C). Haga un dibujo que muestre aproximadamente este aparato y su escala. 3- a) Explique la razón por la cual el duque Fernando II, en la antigua Florencia, sustituyó el agua por alcohol en la construcción de termómetros. b) ¿Por qué decidió cerrar la parte superior de los tubos de esos termómetros? 4- a) Un parsona afirma que la escala Celsius fue adoptada universalmente porque se basaba en valores “verdaderos” de los puntos de fusión del hielo y de ebullición del agua. ¿Es correcta esta afirmación? Comente. b) ¿Cuál es entonces, posiblemete, la razón de haber sido preferida esa escala entre las innumerables otras escalas propuestas en el siglo XVIII? 5- Se cuenta que Fahrenheit, al establecer los puntos fijos de su escala, definió 100°F como igual a la temperatura del cuerpo humano. Si eso fuera realmente verdadero, ¿qué se podría decir del estado de salud de la persona que Fahrenheit tomó como referencia? 6- Se sabe que la temperatura en la cual el papel entra en combustión, es de aproximadamente 233°C. El título de un famoso libro de ciencia ficción (y de una película basada en él) es exactamente “Fahrenheit” y la temperatura mencionada, en esa escala. Esta obra critica la quema de libros que acostumbra a ocurrir en las sociedades dominadas por dictaduras, cuando difunden ideas contrarias a los intereses del poder instituído. ¿Cuál es el título del libro y como se llama el viejo profesor de literatura con quien se pone en contacto el protagonista de la novela? 7- Existe una temperatura en la cual el termómetro Celsius y un termómetro Fahrenheit marcan el mismo valor. ¿Cuál es esa temperatura?

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Guía de Repaso General N° 1: Temperatura y Dilatación 1) Diga con sus propias palabras lo que entiende por "estado de equilibrio térmico" 2) Cite algunos tipos de termómetros que se presentaron en este capitulo. Para cada uno de ellos, indique cuál es la magnitud cuya variación se emplea para medir la temperatura 3) Describa, brevemente como debemos proceder para graduar un termómetro en la escala Celsius 4) a)¿Qué entiende por "cero absoluto"? ¿Cuál es el valor de esta temperatura en la escala Celsius? b)¿Cómo se define la escala absoluta de la temperatura (escala Kelvin)? c)¿Qué expresión matemática relaciona la temperatura Kelvin T, de un cuerpo, con su temperatura Celsius, tc? 5) Analice la Figura 11-7 de la pág.450 y trate de explicar por qué un sólido se dilata cuando es calentado 6) a) Escriba la expresión matemática que permite calcular la dilatación lineal de un solido. Explique el significado de cada uno de los símbolos que aparecen en esta ecuación b) Escriba las expresiones matemáticas que permiten calcular la dilatación superficial y la dilatación volumetrica de un cuerpo. Explique el significado de cada símbolo que aparece en tales expresiones 7) Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal de un sólido. ¿Cómo se determina su coeficiente de dilatación superficial? ¿Y su coeficiente de dilatación volumetrica? 8) ¿Qué sucede a la densidad de un sólido cuando su temperatura se eleva? Explique 9) a) ¿Qué entiende por dilatación aparente de un liquido? b)¿Por qué la dilatación aparente, en general, no es igual a la dilatación real del liquido? 10) a) Describa que sucede con el volumen de cierta masa de agua cuando se calienta de 0°C a 100°C b)Entonces, ¿A qué temperatura presentara su máxima densidad? c) Explique por qué este hecho es fundamental para la preservación de la fauna y flora en los lagos y ríos de países donde el invierno es riguroso