Ver el código de «Problemas de introducción a la termodinámica (GIOI)»

==Conversión entre escalas de temperaturas==
Exprese las siguientes temperaturas en la escala Celsius, absoluta y Fahrenheit:
# Cero absoluto 
# 0&deg;F 
# 100&deg;F
# Punto triple del agua 
# Punto de fusión del azufre a 1&thinsp;atm 
# Punto de sublimación del hielo seco a 1&thinsp;atm

[[Conversión entre escalas de temperaturas|Solución]]

==Nueva escala de temperatura==
Zorg, un habitante de Titán, construye una escala de temperaturas basada en el metano tal que a la fusión (91 K) le corresponden 0 °Z y a la ebullición (116 K) 100 °Z. ¿Cuál es la temperatura del cero absoluto en esta escala?

[[Nueva escala de temperatura|Solución]]

==Fahrenheit 451==
El título de la novela de Ray Bradbury “Fahrenheit 451” se refiere a la temperatura a la que arde el papel. Si 32°F son 0℃ y 212 °F son 100℃, ¿cómo se titularía esta novela en la escala absoluta?

[[Fahrenheit 451|Solución]]

==Aire en una habitación==
Estime la masa de aire en el aula 310 de la ETSI (a) Un día de enero a las 5 de la madrugada. (b) Un día de julio a las 4 de la tarde. Razone las aproximaciones efectuadas.

[[Aire en una habitación|Solución]]

==Dilatación de una esfera metálica==
Se tiene una bola hueca de hierro que a 20&deg;C tiene un radio interior de 12.0&thinsp;mm y un radio exterior de 15.0&thinsp;mm, siendo la densidad del hierro a esta temperatura 7874&thinsp;kg/m&sup3; y su coeficiente de dilatación lineal 11.8&times;10<sup>&minus;6</sup>K<sup>&minus;1</sup>.

Se eleva la temperatura de la bola a 50&deg;C. Determine:

# Los nuevos radios interior y exterior de la bola.
# El incremento en el volumen ocupado por el hierro.
# La variación en la densidad del hierro

[[Dilatación de una esfera metálica|Solución]]

==Dilatación de raíles==
Los raíles ferroviarios son de acero y tienen 18&thinsp;m de longitud a 20&deg;C. Si deben operar entre -10&deg;C y 60&deg;, ¿qué espacio debe dejarse como mínimo entre un tramo y el siguiente si se tienden a una temperatura de 20&deg;?

'''Dato:''' Coeficiente de dilatación lineal del acero: 13&times;10<sup>&minus;6</sup>K<sup>&minus;1</sup>

[[Dilatación de raíles|Solución]]

==Dilatación de tapa==
Una forma de abrir un bote de vidrio cuya tapa metálica está demasiado apretada consiste en sumergirlo en un baño de agua caliente. Si sumergimos en agua a 60&thinsp;&deg;C un bote de 4.0&thinsp;cm de radio con tapa de estaño que a 20&thinsp;&deg;C encaja perfectamente y el coeficiente de dilatación lineal del vidrio es <math>9\times 10^{-6}\mathrm{K}^{-1}</math> y el del estaño es <math>23\times 10^{-6}\mathrm{K}^{-1}</math>, ¿cuánta holgura queda al calentarlo?

[[Dilatación de tapa|Solución]]

==Cálculo de coeficientes==
La densidad del agua, en kg/m³, para valores próximos a una presión de 15.0&thinsp;MPa y una temperatura de 300℃ (estado del agua en una central nuclear) viene dada por la siguiente tabla:

{| class="bordeado" style="margin:auto"
|-
| &rho; (kg/m&sup3;) || T = 300 ℃ || T = 301 ℃
|-
| p = 15.0&thinsp;MPa || 725.55 || 723.46
|-
| p = 15.1&thinsp;MPa || 725.75 || 723.66
|}

# ¿Cuánto vale, aproximadamente, el coeficiente de dilatación volumétrica, β, a 300℃ y 15.0&thinsp;MPa?
# ¿Cuánto vale, aproximadamente, el coeficiente de compresibilidad, <math>\kappa_T</math>, a 300℃ y 15.0&thinsp;MPa?

[[Cálculo de coeficientes|Solución]]

==Compresión de un gas por una pesa==
Un cilindro vertical de sección cuadrada (esto es, un prisma) de 4.0&thinsp;cm de lado contiene hidrógeno a 27&deg;C y 100&thinsp;kPa de presión, que también es la temperatura y presión exterior. La tapa del cilindro puede deslizarse sin rozamiento e inicialmente se encuentra a 10.0&thinsp;cm de altura. Se coloca sobre la tapa una pesa de 40&thinsp;N. Halle la altura de la tapa una vez que se alcanza de nuevo el equilibrio térmico con el exterior. ¿A qué temperatura habrá que calentar el gas para que la tapa vuelva a su posición inicial, con el peso todavía encima? 

[[Compresión de un gas por una pesa|Solución]]

==Termómetro con dos cámaras de gas==
Se construye un termómetro de gas ideal según el siguiente principio: un tubo cilíndrico de sección <math>S</math> y longitud <math>2a</math> con paredes adiabáticas y bases diatermas es dividido por un pistón, también adiabático, que puede deslizarse sin rozamiento por el interior del tubo. En el interior de las dos cámaras se encuentra un gas ideal. Una de las dos cámaras se mantiene en contacto térmico con un foco a temperatura <math>T_0</math>, mientras que la otra se pone en contacto con el sistema cuya temperatura se quiere medir. Cuando las dos temperaturas son iguales el pistón se encuentra en la posición central y la presión del gas es <math>p_0</math>.

# Calcule la temperatura absoluta <math>T</math> a la que se encuentra el sistema cuando el pistón se ha desplazado una cantidad <math>x</math> desde el centro hacia el sistema a <math>T_0</math>. ¿Resulta una escala lineal de temperaturas? ¿A cuánto tiende <math>x</math> si <math>T\to 0</math> o si <math>T\to\infty</math>? 
# Supongamos que el tubo mide 20&thinsp;cm, la temperatura de referencia es <math>T_0 = 300\,\mathrm{K}</math> y el pistón se desplaza 1&thinsp;cm. ¿Cuál es la temperatura del sistema exterior? 

<center>[[Archivo:Termometro_con_dos_camaras.png|600px]]</center>

[[Termómetro con dos cámaras de gas|Solución]]

==Equivalencia de un psi==
Una atmósfera equivale a 101325 Pa. Un psi es la presión ejercida por una libra (4.448 N) sobre un cuadrado de lado 1 pulgada (2.54 cm). ¿A cuántos psi equivale una atmósfera?

[[Equivalencia de un psi|Solución]]

==Equivalencia de una atmósfera técnica==
Una atmósfera técnica (at) es la presión ejercida por el peso de un kilogramo sobre una superficie de 1&thinsp;cm&sup2;. ¿A cuántos pascales equivale 1&thinsp;at? ¿Y cuántas atmósferas estándar, atm? ¿Y cuantos psi?

[[Equivalencia de una atmósfera técnica|Solución]]

==Tubo con cámaras con hidrógeno y nitrógeno==
Se tiene una cámara cilíndrica horizontal de 100&thinsp;cm&sup2; de sección y 60&thinsp;cm de longitud de paredes rígidas no aisladas térmicamente. En el punto medio del tubo se encuentra un émbolo (de espesor despreciable) que puede desplazarse, aunque inicialmente está fijado con pernos. En la cámara de la izquierda hay 2.8&thinsp;g de H<sub>2</sub> gaseoso y en la de la derecha 2.8&thinsp;g de  N<sub>2</sub>. Los dos gases y el ambiente que los rodea están a 27&deg;C.
# Halle la fuerza que los gases producen sobre el émbolo cuando éste se encuentra en la posición central.
# Determine la posición final del émbolo una vez que se liberan los pernos, suponiendo que todas las superficies son diatermas

[[Tubo con cámaras con hidrógeno y nitrógeno|Solución]]