Termodinámica

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Termodinámica
SOLUCIONES

 

1.- Sean dos proceso de expansión de un mismo gas, uno isotermo y el otro adiabático, ambos comenzando en el mismo punto P1V1 y finalizando en la misma presión P2<P1. En el proceso adiabático, el gas, respecto del proceso isotermo:

  1. Estará más caliente pero ocupará menos volumen.
  2. Estará más caliente y ocupará más volumen.
  3. Estará más frío y ocupará menos volumen.
  4. Estará más frío ocupando más volumen.

2.- Señale la proposición verdadera:

  1. El primer principio de la termodinámica se opone a que una máquina trabaje cíclicamente extrayendo calor de un solo foco y produciendo una cantidad equivalente de trabajo.
  2. El rendimiento de una máquina reversible es igual o mayor que el de cualquier otra máquina que trabaja entre las mismas temperaturas.
  3. La entropía de cualquier sistema aislado, disminuye cuando éste experimenta un cambio irreversible.
  4. En un gas ideal, la capacidad calorífica a volumen constante es mayor que la capacidad calorífica a presión constante.

3.- Una máquina térmica cuyo rendimiento sea ligeramente superior al de un ciclo de Carnot:

  1. Ha de ser un reactor nuclear.
  2. Es reversible, luego puede actuar tanto como máquina eléctrica o frigorífica.
  3. Es imposible, por oponerse al primer principio de la Termodinámica.
  4. Es imposible, por oponerse al segundo principio de la Termodinámica.

4.- Se condensan 10 Kg. de vapor de agua a 100°C y la energía resultante se transforma en cinética, empleándose en lanzar verticalmente el agua resultante. ¿Qué altura teórica alcanzarla?. (Cv=540 cal/g.).

  1. 230 km.
  2. 270 Km.
  3. 230 m.
  4. 720 m.

5.- Un mol de un gas perfecto se expansiona isotérmicamente a 27°C desde un volumen inicial de 2 litros hasta uno final de 8 litros. La variación de entropía es:

  1. 2,8 cal/K
  2. 7,6 cal/K
  3. 1,7 cal/K
  4. 0

6.- Un día de lluvia las gotas de agua llegan al suelo con una velocidad de 30 m/s; por lo tanto se puede asegurar que su temperatura después del choque aumenta en:

  1. 0,011°C
  2. 0,108°C
  3. 0,191°C
  4. 1,881°C

7.- Se suministran 6.000 calorías a un sistema, y a continuación se comprime realizándose para ello un trabajo de 15.000 Julios. Por lo tanto la energía interna del sistema aumenta en:

  1. 2.400 Julios
  2. 9.600 ''
  3. 2.400 Calorías
  4. 9.600 "

8.- Si se transfiere una cantidad de calor Q para elevar la temperatura de una masa m de T a T’ grados, su calor específico es:

  1. C=(Q.m)/(T’-T)
  2. C=Q/m.(T’-T)
  3. C=m.(T’-T)/Q
  4. C=(T’-T)/m.Q

9.- ¿Cuál es el proceso para licuar un gas?

  1. Compresión isoterma y expansión adiabática
  2. Compresión adiabática y expansión isoterma.
  3. Compresión isoterma y compresión adiabática.
  4. Compresión isócora y compresión isoterma.

10.- En un ciclo de Carnot reversible se absorbe calor de un punto de 527ºC y se cede calor a otro punto de 327ºC. Si, manteniendo la temperatura del punto caliente, se quiere duplicar el rendimiento, la temperatura del punto frío debería ser:

  1. 888 K
  2. 1.600 K
  3. 400 K
  4. 300 K

11.- Una cierta masa de hidrógeno ocupa un volumen de 1 litro a una presión de 1 atmósfera y 0ºC. si la masa molecular del hidrógeno es de 2 g/mol y R=0,082006 atm.litro/mol.K. El nº de moles de hidrógeno es:

  1. 0,5
  2. 2
  3. 0,0232
  4. 0,0445

12.- Una bola de acero de calor específico 0,11 cal/gr ºC se deja caer desde una altura de 2 m sobre el plano horizontal, la bola rebota y se eleva 1,5 m. El plano ni se mueve ni se calienta. ¿Cuál es el incremento de temperaturas experimentado por la bola?. Dato: 1 cal = 4,18 julios, g=9,8 m/s2.

  1. 0,01 ºC
  2. 0,5 ºC
  3. 0 ºC
  4. 0,25 °C

13.- En un proceso cíclico de Carnot reversible, señale la proposición verdadera:

  1. La entropía del sistema no varia en las dos transformaciones isotermas, ya que se compensa con las variaciones de volumen.
  2. El rendimiento de un ciclo de Carnot reversible depende de las presiones o de las temperaturas extremas del ciclo.
  3. La variación de entropía es nula en las segunda y cuarta transformaciones del ciclo, ya que ambas son adiabáticas.
  4. Un aumento de entropía nos indica que estamos en la cuarta y última transformación del ciclo.

14.- Un. gas ideal se expande de forma que pV=K, donde K es una constante, indique el trabajo efectuado cuando el volumen se expande de V1 a V2.

  1. W= K . Ln(V2/V1)
  2. W= K . (V2-V1)
  3. W= K . (V1-V2)
  4. W= (1/K) . (V2-V1)

15.- Una lámina A de masa m a 0 grados centígrados se une con otra lámina B de masa 3m de 100 grados centígrados, se supone que la conducción del calor se produce sin pérdida de energía al entorno. Si la temperatura final de las láminas es de 25 grados centígrados, indique la relación de los calores específicos.

  1. CA=2CB.
  2. CA 3CB.
  3. CA=9CB.
  4. CA=3/4 CB.

16.- Además de su economía, otra ventaja que tiene el agua para emplearse como líquido refrigerante en los motores de automóvil es

  1. Su compresibilidad.
  2. Su bajo volumen específico.
  3. Su baja temperatura de congelación
  4. Su elevado calor específico.

17.- Un recipiente hermético y de paredes rígidas contiene 50 Kg de aire a una presión de 199,126 p.s.i.(abs) y temperatura de 179,6ºF. En estas condiciones se procede a enfriarlo hasta que el aire alcanza los 27ºC de temperatura. La presión final en Kg/cm2 es:

  1. 10,42
  2. 11,83
  3. 12,71
  4. 16,56

Nota: R=29,27 Kgm/(Kg. K). 100 p.s.i. = 7,03 Kg/cm2.

18.- Un mol de nitrógeno se expansiona isotérmicamente a 20ºC desde un volumen de 10 a 20 litros. Suponiendo que el nitrógeno se comporta como un gas ideal, ¿cuánto calor debe suministrarse para mantener la temperatura del gas constante?

  1. 1,69 KJ
  2. 1,69 J
  3. 1,20 KJ
  4. 1,20 atm.L

Nota: R=8,31 J/mol K

19.- Señale el rendimiento termodinámico ideal de una máquina térmica que funciona entre dos focos a 175º C y 398º C:

  1. 33,2 %
  2. 43,9 %
  3. 56 %
  4. 66,7 %

20.- Una piscina contiene 25 m3 de agua a 16º C y se desea aumentar su temperatura en 2º C para ello se descarga agua a 68° C con un caudal de 2 m3/h. Despreciando las pérdidas al exterior, el tiempo de descarga ha de ser:

  1. 65 horas
  2. 62,5 horas
  3. 57 minutos
  4. 30 minutos

21.- ¿Cuál de las siguientes premisas es correcta?

  1. La capacidad calorífica de un cuerpo es la cantidad de calor que puede almacenar a una temperatura dada.
  2. La energía interna de un gas ideal no depende sólo de su temperatura.
  3. Para cualquier material que se dilata cuando se calienta, Cp es mayor que Cv.
  4. En una expansión adiabática libre de un gas ideal, el estado final es el mismo que el estado inicial.

22.- En un termómetro de escala desconocida observamos que el neón ebulle a 36º y el nitrógeno se solidifica a 54º. Sabiendo que el 1º ebulle a –246ºC y que el 2º se solidifica a –210ºC, ¿cuánto marcará dicho termómetro cuando se tome la temperatura del agua en ebullición a presión atmosférica?

  1. 155º
  2. 173º
  3. 191º
  4. 209º

23.- De acuerdo con el primer y segundo principio de la Termodinámica se puede afirmar que:

  1. En un proceso isócoro el calor de reacción es igual a la variación de la entalpía.
  2. Los procesos reversibles adiabáticos son isoentrópicos.
  3. En un proceso reversible que ocurre en un sistema aislado, la entropía aumenta.
  4. Un proceso termodinámico cíclico que intercambia calor con un sólo foco térmico produce trabajo si se trata de un sistema abierto.

24.- Se comprimen adiabáticamente 1000 cc de N2 a 1 atm. De presión y 20ºC en el cilindro de un motor diesel hasta un volumen final de 10 cc. Teniendo en cuenta que g =1,4 la presión final será:

  1. 325 atm
  2. 608 atm
  3. 631 atm
  4. 454 atm

25.- Se dispone de tres líquidos miscibles A, B, C, de calores específicos a, b y c, a 20, 15 y 6 grados centígrados de temperatura respectivamente; se mezclan 100 g de A con 200 g de B y la temperatura de equilibrio es 17°C; se mezclan 200 g de B con 300 g de C y la temperatura de equilibrio es de 10°C; ¿cual será la temperatura de equilibrio al mezclar 100 g de A con 300 g de C?

  1. 10,87 °C
  2. 14,62 ºC
  3. 8,75 °C
  4. 12,86 °C

26.-En un proceso se ha suministrado a un sistema 10.000 cal . Si el sistema realiza un trabajo de 4.0(30 J, la variación de energía interna durante el proceso será:

  1. 37.800 J
  2. 45.800 J
  3. 37.800 cal
  4. 45.800 cal

27.-La energía interna de un gas perfecto depende de su:

  1. Volumen
  2. Temperatura
  3. Presión
  4. Capacidad calorífica.

28.-El ciclo de Carnot está formado por las siguientes transformaciones (en el orden indicado):
  1. Expansión isotérmica / expansión adiabática / compresión isotérmica / compresión adiabática.
  2. Expansión adiabática / expansión isotérmica / compresión adiabática / compresión isotérmica.
  3. Expansión isotérmica / compresión adiabática / expansión adiabática / compresión isotérmica.
  4. Expansión adiabática / compresión isotérmica / expansión isotérmica / compresión adiabática.

29.- Un motor de Carnot cuyo depósito frío está a la temperatura de 7ºC tiene un rendimiento del 40%. Se desea aumentar el rendimiento hasta el 50%.¿En cuantos grados ha de aumentarse la temperatura del foco caliente?

  1. 560 ºK
  2. 93 ºK
  3. 467 ºK
  4. 55 ºK

30.- En cierto proceso se suministra a un sistema 500 cal, y al mismo tiempo se realiza sobre el sistema un trabajo de 100 julios. ¿Cuál es el incremento de su energía interna?

  1. 524 cal
  2. 476 cal
  3. 548 cal
  4. 452 cal

31.- Una bala de plomo penetra en una plancha de madera a la velocidad de 400 m/s y después de perforarla sale de ella. Suponiendo que la mitad del calor generado se ha empleado en calentar la bala, se observa que su temperatura ha aumentado 200 ºC, sabiendo que el calor específico del plomo es 125,4 J/(Kg.ºC), ¿Cuál será la velocidad de salida de la bala?

  1. 331 m/s
  2. 244 m/s
  3. 320 m/s
  4. 370 m/s

32.- El ciclo de Carnot se compone de:

  1. Dos procesos isotérmicas y dos procesos isócoros.
  2. Dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos.
  3. Dos procesos isócoros y dos procesos adiabáticos.
  4. Tres procesos adiabáticos y uno isócoro.

33.- Una masa de agua de 1 Kg cae desde una altura de 100 m. ¿Cuánto aumentará su temperatura, en el supuesto que toda la energía se transforme en calor?. Calor específico del agua = 1 cal/g °C, 1 julio=0,24 cal, g = 10 m/s2.

  1. 0,21°C
  2. 0,24° C
  3. 1° C
  4. 240° C

34.- Un motor presenta un rendimiento termodinámico del 40% y su foco frío se encuentra a 7ºC. Se quiere aumentar su rendimiento hasta el 50%; para ello la temperatura del foco caliente ha de aumentarse en:

  1. 287ºC
  2. 93ºC
  3. 166ºC
  4. 103ºC

35.- Un gas perfecto evoluciona según un proceso termodinámico reversible por vía isoterma; ha de verificarse que:

  1. D S=0 ; D U¹ 0.
  2. D S=0 ; D U=0.
  3. D S¹ 0 ; D U¹ 0.
  4. D S¹ 0 ; D U=0.

36.- En un recipiente metálico de 100g de peso y 0,1 cal/g ºC de calor específico hay 200g de hielo a 0ºC. Calcúlese la longitud que tiene que recorrer sobre un plano de 45º de inclinación para que, si el coeficiente de rozamiento es 0,4, se fundan 100 g de hielo. Dato g:10 m/s2.

  1. 20 Km
  2. 3 Km
  3. 27,7 Km
  4. 16,5 Km

37.- Se tienen 2777 cc de hielo a –10ºC, calentándolo hasta que se funde totalmente. Si su densidad es de 0,9 g/cc, su calor de fusión es de 80 cal/g y su calor específico es de 0,5 cal/g, determínese la variación de energía interna, siendo la presión exterior de 1 atm.

  1. 154,7 Kcal
  2. 122 Kcal
  3. 212,5 Kcal
  4. 300 Kcal

38.- En una evolución isobara, la energía interna del sistema se incrementa en 60 J realizándose un trabajo en contra del sistema de 40 J. Si el gas de que se trata es diatómico, ¿cuál ha sido su incremento de temperatura?.

  1. 2,88 º
  2. 8,28 º
  3. 6,28 º
  4. 18,28 º

39.- Si calentamos dos cuerpos diferentes de igual masa y a la misma temperatura con un mismo foco calorífico, ¿Cuál se calentará antes?

  1. El de menor calor específico
  2. Se calentaran a la vez
  3. El de mayor calor especifico
  4. Depende de la cantidad de calor del foco

40.- Cual de las siguientes proposiciones es la correcta:

  1. La variación de entropía de cualquier proceso natural es siempre positiva.
  2. La variación de entropía del universo de cualquier proceso posible es siempre no negativa.
  3. La ecuación del proceso adiabático y cuasiestático de un gas ideal es siempre PVg =constante.
  4. Un sistema desarrolla un proceso en el que la variación de entropía del sistema es de 18 J/K al recibir 6 KJ de un foco a 300 K.
 

41.- Indicar cual de las siguientes afirmaciones, referentes a Termodinámica es correcta:

a)    El calor específico de una sustancia es independiente de la temperatura.

b)    El calor específico molar a volumen constante es la derivada de la entalpía respecto del tiempo.

c)     El Primer Principio de la Termodinámica se opone al hecho de que un sistema evolucione cíclicamente tomando calor de un solo foco calorífico.

d)    El Ciclo de Carnot corresponde a una máquina ideal con un máximo rendimiento al recorrer un ciclo reversible.

42.- Una máquina térmica trabajando entre dos fuentes a 220ºC y 120ºC respectivamente para producir 200 J de trabajo debe recibir como mínimo por ciclo un calor de:

a)    986 J

b)    500 J

c)     1180 J

d)    200 J

43.- La temperatura del punto triple del agua es:

a)    – 273,16ºC

b)    – 32ºF

c)     0º F

d)    273,16 K

44.- En una transformación adiabática el trabajo realizado sobre el sistema:

a)    Aumenta su energía interna

b)    Aumenta el calor

c)     Disminuye su energía interna.

d)    Aumenta el calor y la energía interna

45)    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

A)  La energía interna y el calor en un proceso termodinámico son variables de estado.

B)  En un proceso isócoro el calor cedido es igual al cambio en la energía interna.

C) En un proceso adiabático no se cede calor al sistema.

D) Un proceso que se lleva a cabo de forma casi instantánea puede considerarse adiabático.

46)    Un termo contiene 150 g de agua a 20º C. Dentro de él se colocan 75 g de un metal a 120º C. Después de establecerse el equilibrio, la temperatura del agua y el metal es de 40º C. ¿Cuál es el calor específico del metal?. Considérese que no hay pérdidas de calor en el termo.

A)  0,36 cal/g ºC

B)  0,25 cal/g ºC

C) 0,14 cal/g ºC

D) 0,5 cal/g ºC

47. ¿Qué temperatura vendrá expresada por el mismo número en la escala Centígrada y en la escala Fahrenheit?

A) ‑ 40°

B) 0°

C) 40°

D) 50°

48. En un calorímetro, cuyo equivalente en agua vale 50 g, hay 200 g de agua y 20 g de hielo, todo a 0º C. Si se introducen 100 g de agua a 50º C, ¿cuál es la temperatura final? (Calor latente de fusión del hielo: 80 cal/g.).

A) 9,19 °C

B) 9,71 °C

C) 1,45 °C

D) 10,63°C