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Test del primer parcial 2018-2019 (Física II GIE)

De Laplace

Contenido

1 Proceso adiabático

Para todo proceso adiabático que lleve un sistema de un estado dado A a un estado dado B…

  • A la entropía no cambia.
  • B la temperatura del sistema no cambia.
  • C la energía interna del sistema no cambia.
  • D el trabajo tiene el mismo valor.
Solución

La respuesta correcta es la D.

Por el primer principio de la termodinámica

W=\Delta E - \overbrace{Q}^{=0}=\Delta E

Por ser igual al incremento de una función de estado, su valor no depende del camino.

1.1 Coeficiente de dilatación

En las proximidades de 20°C la densidad de una sustancia sigue la gráfica lineal de la figura.

¿Cuánto vale el coeficiente de dilatación volumétrica a 20°C, en ^\circ\mathrm{C}^{-1}?

  • A 7.5\times 10^{-5}.
  • B 1.32\times 10^{-4}.
  • C − 0.2
  • D 0.2\times 10^{-3}.
Solución

La respuesta correcta es la A.

En función de la densidad

\beta = -\frac{1}{\rho}\left(\frac{\partial\rho}{\partial T}\right)_p=-\frac{1}{\rho}\,\left(\frac{\Delta\rho}{\Delta T}\right)

2 =Ciclo de refrigeración

En el ciclo ideal de un refrigerador, ¿en qué elemento hay entrada de calor desde el ambiente, Qin?

  • A En el compresor.
  • B En el condensador.
  • C En la válvula de expansión.
  • D En el evaporador.
Solución

La respuesta correcta es la D.

3 =Entalpía y energía interna

La densidad del hielo a 0°C y 101.3kPa es menor que la del agua a la misma presión y temperatura. Por tanto, en la fusión de 1kg de hielo a 101.3kPa…

  • A ΔU > ΔH > 0.
  • B ΔH > ΔU > 0.
  • C ΔU = ΔH >0.
  • D ΔH > 0 >ΔU.
Solución

La respuesta correcta es la A.

\Delta H = Q>0\qquad\qquad\Delta U = Q+W > \Delta H

ya que el trabajo es positivo puesto que se reduce el volumen.

3.1 Densidad y temperatura

Dentro de un recipiente rígido y hermético se encuentra una cierta cantidad de gas ideal. Cuando a este gas se le suministra una cierta cantidad de calor, la densidad del gas…

  • A disminuye.
  • B aumenta.
  • C permanece constante.
  • D puede aumentar o disminuir. No hay información suficiente.
Solución

La respuesta correcta es la C.

No cambia ni la masa (hermético) ni el volumen (rígido), luego no cambia la densidad.

3.2 Calidad de vapor

En un recipiente se ponen en contacto 1L de agua a 100°C con 999L de vapor de agua a 100°C, siendo la presión 101.3kPa. ¿Cuál es la calidad o título de la mezcla? (Densidades de masa: ρ_a=958\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^3, ρ_v=0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^3)

  • A 99.9%.
  • B 0.1%.
  • C 61.9%.
  • D 38.1%.
Solución

La respuesta correcta es la D.

m_a=\rho_a V_a = 0.958\,\mathrm{kg}\qquad\qquad m_v=\rho_v V_v= 0.590\,\mathrm{kg}\qquad\qquad x = \frac{m_v}{m_a+m_v}= 0.381

3.3 Ciclo Otto

Un ciclo Otto ideal está formado por…

  • A dos isotermas y dos adiabáticas.
  • B dos adiabáticas y dos isócoras.
  • C dos adiabáticas, una isócora y una isóbara.
  • D dos isotermas y dos isócoras.
Solución

La respuesta correcta es la B.

3.4 Posible máquina térmica

Un inventor afirma que tiene una máquina térmica con tres focos, que toma 2kWt de flujo de calor de una caldera a 1200K, y otros 2kWt de una caldera a 600K, expulsando 2kWt de desecho al ambiente a 300K. Esta máquina…

  • A es imposible porque viola la primera ley de la termodinámica.
  • B es imposible porque viola la segunda ley de la termodinámica.
  • C es posible y es reversible.
  • D es posible y es irreversible.
Solución

La respuesta correcta es la D.

Por la desigualdad de Clausius o el principio del aumento de entropía debe ser

\frac{\dot{Q}_1}{T_1}+\frac{\dot{Q}_2}{T_2}+\frac{\dot{Q}_3}{T_3} \leq 0

En este caso, en kW/K

\frac{2}{1200}+\frac{2}{600}+\frac{-2}{300}=-\frac{1}{600} < 0

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