Habilidades
  • Matemáticas básicas

Ficha de contenidos

Desde tiempos ancestrales la humanidad ha sabido de la importancia práctica del calor y es por ello que ha dedicado grandes esfuerzos para tratar de entender su naturaleza.

En este tema vamos a abordar el estudio del calor, su naturaleza, sus efectos, y su propagación. Además buscaremos la relación que guardan trabajo, energía y calor. De todo ello se encarga la termodinámica.

Para abordar cómodamente los contenidos de este tema te recomendamos que estés familiarizado con los conceptos de trabajo y energía. Matemáticamente, será suficiente con que te desenvuelvas con soltura con las operaciones aritméticas y algebraicas básicas.

Ficha de ejercicios resueltos

Pon a prueba lo que has aprendido en el tema Termodinámica con esta lista de ejercicios con sus respectivas soluciones y clasificados por apartados.

Energía Térmica

Cuestiones sobre la energía térmica

dificultad

Responde las siguientes cuestiones:

  1. Hemos estudiado que la energía cinética de un cuerpo en movimiento está relacionada con su velocidad. ¿Forma parte esta energía cinética de la energía térmica del objeto en movimiento?
  2. ¿Por qué las partículas de un sólido sólo pueden presentar movimiento de vibración?

Temperatura

Temperatura de licuefacción del helio

dificultad

El gas helio He se licua a la temperatura de 4.15 K cuando la presión es de 23 atm.  Calcula su temperatura de licuefacción en la escala centígrada y Fahrenheit

Conversión variación temperatura a Fahrenheit

dificultad

Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºC, ¿a cuántos grados Farenheit corresponde dicho incremento?¿Y si el incremento de temperatura fuese de 24 K?

Conversión variación de temperatura Fahrenheit a Kelvin

dificultad

Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºF, ¿a cuántos grados kelvin corresponde dicho incremento?¿y a cuántos centígrados?

Dilatación Térmica

Dilatación del plomo

dificultad

Una barra de plomo mide 2 m a una temperatura de 30 ºC. Suponiendo el coeficiente de dilatación lineal constante en el rango de temperaturas considerada, determina

  • A qué temperatura la barra medirá 1 mm más
  • A qué temperatura la barra medirá 1.99 m

Dato: Coeficiente de dilatación linea del plomo en el rango de temperaturas considerado: λ = 3·10-5 K-1

Dilatación glicerina

dificultad

Determina el volumen inicial que tenía una determinada cantidad de glicerina si, tras aumentar la temperatura 30 ºC, su volumen ha pasado a ser 2 m3.

Dato: Coeficiente de dilatación de la glicerina en el rango de temperaturas considerado  α = 5.2·10-4 ºC-1

Dilatación de un gas a presión constante

dificultad

El volumen de una determinada cantidad de nitrógeno a 0 ºC es de 10 L. Determina, si la presión no varía, cual será el volumen a -20 ºC. ¿Qué ocurriría si en lugar de N2 el gas fuese hidrógeno?

Coeficiente de dilatación y variación en volumen de material

dificultad

Disponemos de un cubo de un material a 24 ºC que ocupa un volumen de 1 m3 . Cuando aumentamos la temperatura a 55 ºC, el volumen del cubo pasa a 1.002232 m3 . Responde a las siguientes preguntas:

  • ¿Cual es el coeficiente de dilatación cúbica del material?
  • Imagina que, a 24 ºC, cortas varias barras de 1 m de longitud (valor de la arista del cubo). ¿Qué longitud pasarían a tener cuando se eleva la temperatura a 55 ºC

Calor

Intercambio de calor entre dos masas de agua

dificultad

Determina qué cantidad de agua a 10º C hay que añadir a 120 g de agua a 50 ºC para que la temperatura final sea de 20 ºC.

Dato: Calor específico del agua c = 4180 J/kg·k

Calcular capacidad calorífica y calor específico

dificultad

Determina la capacidad calorífica de un cuerpo sabiendo que cuando desprende 5 KJ de calor, su temperatura disminuye 1.85 K. Sabiendo que el cuerpo tiene una masa de 3 kg, determina, además, la capacidad calorífica de la sustancia que lo compone.

Calor suministrado a sustancia a partir de cambio temperatura

dificultad

Determina el calor suministrado a una barra de 320 g de hierro que aumenta su temperatura de 45 ºC a 84 ºC. Expresa el resultado en calorías.

Dato: Calor específico del hierro c = 449 J/kg·K

Calor y cambios de estado

dificultad

Determina la energía térmica necesaria para transformar 40 g de hielo a -10 ºC y a presión atmosférica en vapor de agua a una temperatura de 100 ºC.

Datos: Lfusión_hielo = 80 cal/g ; Lvap_agua = 540 cal/g ; chielo = 2.114 J/g·ºC ; cagua = 4.181 J/g·ºC ;

Calentamiento en choque

dificultad

Una bala de 35 g viaja horizontalmente a una velocidad de 190 m/s cuando choca contra una pared. Suponiendo que la bala es de plomo, con calor específico c = 129 J/kg·K, y que toda la energía cinética de la bala se transforma en energía térmica en el choque, ¿cuánto se calienta?¿Y si sólo se convirtiera el 60 % de la energía cinética en térmica?

¿Qué es la Termodinámica?

Criterio de signos para el calor y el trabajo en termodinámica

dificultad

Establece, de acuerdo a los dos criterios de signos estudiados, el signo para el calor y el trabajo en los siguientes sitemas termodinámicos:

  1. Una lámina de metal a 80 ºC  se introduce en un recipiente con agua a -10 º (el sistema es la lámina de metal)
  2. Una cinta elástica es estirada bruscamente
  3. Utilizamos el gas de una botella a presión para inflar un neumático con paredes aislantes (el sistema es el gas)

Cambio de volumen de un gas a presión constante

dificultad

Determina la variación de volumen que experimentan 40 g de oxígeno O2 a presión de 1 atm cuando su temperatura pasa de 25 ºC a 50 ºC.

Primera Ley de la Termodinámica

Variación de energía interna en proceso a volumen constante

dificultad

Determina la variación de energía interna que experimentan 10 g de gas cuya temperatura pasa de 34 ºC a 60 ºC en un proceso a volumen constante sabiendo que su calor específico viene dado por cv = 0.155 cal/g·ºC.

Calor intercambiado en proceso isocórico

dificultad

Un sistema realiza un proceso isocórico en el que ∆U = 3kJ. ¿Ha absorbido calor el sistema o lo ha cedido?¿Cuánto?

Variación energía interna a presión constante dado cambio de volumen

dificultad

Determina la variación de energía interna que sufre un gas cuando su volumen aumenta en 5 L sabiendo que se trata de un proceso isobárico (a presión constante) a 2.5 bar sabiendo que para ello se le suministró un calor de 550 cal.

Calor intercambiado a partir de energía interna y trabajo

dificultad

¿Qué calor se intercambia en un proceso cuando se realiza un trabajo de 850 J, sabiendo que la diferencia de energía interna entre sus estados inicial y final es de 3 kJ? Suponiendo que el trabajo lo realiza un gas a una presión de 2 atm, ¿qué variación de volumen tiene lugar en el proceso?

Variación de energía interna en proceso con volumen constante y calor específico molar

dificultad

Determina la variación de energía interna que experimenta un gas que inicialmente cuenta con un volumen de 10 L a 1 atm de presión, cuya temperatura pasa de 34 ºC a 60 ºC en un proceso a volumen constante, sabiendo que su calor específico viene dado por cv = 2.5·R, con R = 8.31 J/mol·K.

Variación de energía interna a partir de calor, presión y volumen

dificultad

Un gas a presión constante de 3 bar recibe un calor de 450 cal aumentando su volumen en 5 L. ¿Qué variación de energía interna experimenta el sistema?¿Y cuando disminuye su volumen en 2 L?

Ejercicio completo de primera ley de la termodinámica

dificultad

Se sitúan 15 L de gas ideal en un recipiente a 27 ºC. El recipiente cuenta con un pistón móvil libre de rozamiento. La presión en el exterior se mantiene constante a 750 mmHg. Determina, si se eleva la temperatura a 190 ºC:

  1. El trabajo realizado en el proceso
  2. La variación de energía interna que tiene lugar
  3. El calor transferido durante el mismo
  4. Representa el proceso en un diagrama presión - volumen ( p - V )

Datos : cv = 5·R/2 ; R = 8.31 J/ mol·K 

Segunda Ley de la Termodinamica

Rendimiento de máquina térmica

dificultad

Una máquina hace un trabajo de 25 J en cada ciclo, absorviendo 85 cal. ¿Cuál es el rendimiento de la máquina y el calor liberado en cada ciclo?

Ficha de fórmulas

Aquí tienes un completo formulario del tema Termodinámica. Entendiendo cada fórmula serás capaz de resolver cualquier problema que se te plantee en este nivel.

Pulsa sobre el icono   para exportarlas a cualquier programa externo compatible.

Temperatura

Temperatura: Interpretación microscópica

T=k·Ec

Conversión temperatura centígrados - Fahrenheit

tC5=tF-329

Conversión temperatura centígrados - Kelvin

T=tC+273.15

Conversión temperatura Fahrenheit - Kelvin

T-273.155=tF-329

Dilatación Térmica

Dilatación lineal en sólidos

l=l0·1+λ·T

Dilatación superficial en sólidos

S=S0·1+σ·T

Dilatación volumétrica en sólidos

V=V0·1+γ·T

Relación entre el coeficiente superficial y el lineal en un sólido

σ=2·λ

Relación entre el coeficiente volumétrico y el lineal en un sólido

γ=3·λ

Dilatación volumétrica en líquidos

V=V0·1+α·T

Dilatación volumétrica en gases

V=V0·1+αp·T

Calor

Capacidad calorífica

C=QT

Calor específico

c=Cm

Ecuación fundamental de la termología

Q=m·c·T

Q=m\cdot L

Q=m·L

Ecuación de equilibrio térmico

mA·cA·T-TA=mB·cB·TB-T

¿Qué es la Termodinámica?

Ecuación de estado de los gases

p·V=n·R·T

Primera Ley de la Termodinámica

Variación de energía interna en gas ideal

U=m·cv·T

Primera ley de la termodinámica -Criterio de signos IUPAC

U=Q+W

Primera ley de la termodinámica -Criterio de signos tradicional

U=Q-W

Trabajo p - v a presión constante -Criterio de signos IUPAC

Wsistema=-p·V

Trabajo p - v a presión constante -Criterio de signos tradicional

Wsistema=p·V

Segunda Ley de la Termodinamica

Eficiencia o rendimiento de una máquina térmica

η=WQ1=Q1-Q2Q1=1-Q2Q1

Ficha de temas relacionados

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