Download 1. Se tiene un tanque cilíndrico con agua abierto a la

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
COORDINACIÓN DE FÍSICA GENERAL Y QUÍMICA
EXAMEN DEPARTAMENTAL DE PRINCIPIOS DE
TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO (1314)
PRIMER EXAMEN PARCIAL
SEMESTRE 2008 – 2
Sábado 15 de marzo de 2008, 7:00 horas
Tipo
James Watt
(17361819)
INSTRUCCIONES: No se permite la consulta de documento alguno.
El tiempo máximo de resolución es 2.5 horas.
Antes de empezar a contestar, lea todos los problemas que se presentan.
Cada problema tiene un valor de 20 puntos, escoja cinco de los seis propuestos.
Sea claro y detallado en la resolución del examen.
Al final del examen se encuentran algunos factores de conversión y constantes físicas, así como
las expresiones de los cuadrados mínimos.
1. Se tiene un tanque cilíndrico con agua abierto a la atmósfera en su parte superior, con un tubo
conectado en el fondo; accidentalmente cae aceite por el tubo quedando como se indica en la figura.
Determine:
a) La presión absoluta en el fondo del tanque cilíndrico, es decir en el punto f.
b) La altura de aceite (zac).
Patm = 77 000 [Pa]
aceite = 0.68
d = 40 [cm]
L = 80 [cm]
g = 9.78 [m/s2]
 = 30 [°]
agua = 103 [kg/m3]
Patm
2. Se sabe que la presión absoluta más grande en el fondo del mar es de 1.1  108 [Pa]. Una persona
propone medir todas las alturas (Z) con respecto a ese punto. Considere que la densidad del aire de
la atmósfera es 1 [kg/m3], que la del agua de mar es 1 030 [kg/m3], suponga además que ambas
densidades son constantes y que la aceleración gravitatoria también lo es (g = 9.8 [m/s2] ). Con base
en esta referencia propuesta (Z), determine la altura:
a) Del nivel del mar, es decir, donde la presión es 101.325 [kPa]. Exprese el resultado en [km].
b) En la cual la presión absoluta es 90 000 [Pa], exprese el resultado en [km].
3. Un balín de hierro, de 2 [cm] de diámetro se coloca dentro de un tanque cúbico lleno con agua
como se muestra en la figura. Si la densidad del hierro es 7 900 [kg/m3] y la aceleración gravitatoria
del lugar es 9.78 [m/s2], determine:
a) La magnitud de la fuerza de empuje que
experimenta el balín.
b) El trabajo desarrollado para desplazar el
balín 6 [m] hacia el fondo del tanque.
4. En el laboratorio de esta asignatura, un alumno proporcionó energía en forma de calor (Q) a una
cantidad de agua líquida, fue midiendo la temperatura (T) que alcanzaba como se muestra en la
tabla. Utilizando la totalidad de la información de la tabla, determine:
a) La masa de agua utilizada en el experimento.
b) La energía interna que alcanzó el agua si se sabe
que cuando su temperatura era 25 [°C] su energía
interna era 25 000 [J].
T [°C] Q [J]
25
0
30
6 698
35
20 100
40
26 820
5. En un recipiente de fronteras flexibles, se expande un gas de manera que su presión absoluta es
inversamente proporcional al volumen. Se sabe que originalmente el volumen que ocupa dicho
fluido es 0.001 [m3], a una presión de 105 [Pa] y una temperatura de 30 [°C]. Al final del proceso,
el gas duplicó su volumen, determine:
a) La presión al final del proceso.
b) El trabajo de expansión realizado por el gas, interpretando el signo obtenido.
6. En un recipiente rígido, de 2 [] se tienen 8 [g] de nitrógeno (N2) a una presión absoluta de 3.4
[bar]. Se deja escapar lentamente una cantidad del gas, de manera que la temperatura en el tanque y
su contenido no varíe apreciablemente, hasta que la presión es de 2 [bar]. Con base en ello,
determine:
a) La temperatura del gas al final del proceso, exprese el resultado en [°C] y en [K].
b) La masa del gas que se dejó salir del recipiente. Exprese el resultado en [g].
1 [bar] = 105 [Pa]
ρagua = 103 [kg/m3]
cagua = 4 186 [J/(kg°C)]
Expresiones del método de cuadrados mínimos:
m=
nx i y i  (x i )(y i )
nx i2  (x i ) 2
b=
(y i )(x i2 )  (x i y i )(x i )
nx i2  (x i ) 2
Ru = 8.314 [J/(molK)]
N2
R = 296.93 [J/(kgK)]
cv = 742.33 [J/(kgK)]
cp = 1 039.26 [J/(kgK)]
k = 1.4