OLIMPIADA DE FÍSICA 2000-2001

Banco de Problemas para Termodinámica

Tercer Grado de Secundaria

1. Antes de preguntar necesitamos tres afirmaciones y una conclusión: primera: se llaman propiedades macroscópicas de un cuerpo a su volumen, su presión, su densidad, etc. Segunda: se dice que dos cuerpos, que llamaremos cuerpo X y cuerpo Z, están en equilibrio si al ponerlos en contacto sus propiedades macroscópicas no cambian. Tercera: La ley Cero de la Termodinámica establece que si un cuerpo B está en equilibrio con un cuerpo A, y además ese cuerpo B está en equilibrio con otro cuerpo C, entonces los cuerpos A y C también están en equilibrio. La conclusión es: gracias a esta ley se puede introducir un instrumento de medida que se llama termómetro y que es el cuerpo B mencionado en la ley cero. Junto con el termómetro se introduce el concepto de temperatura. Así, ya no necesitamos poner en contacto dos cuerpos distintos, basta saber que ambos cuerpos tienen la misma temperatura para saber que están en equilibrio. Mencione tres escalas de medida de la temperatura.

2. Explique cómo funciona el termómetro de mercurio,¿en qué propiedad de este metal se basa? ¿Cómo se gradúa la escala de Celsius de temperatura?

a)           b)           c)

d)           e)

3. Diga cuál es la fórmula correcta para convertir grados Celsius a Farenheit

4. Estamos planeando un viaje al laboratorio de Física de Los Alamos, cerca de la frontera de Nuevo México y Colorado en los Estados Unidos y el servicio meteorológico pronostica las siguientes temperaturas en los próximos cinco días. Están en grados Farenheit y deseamos tenerlos en grados Celsius, ¿puede Usted hacer las conversiones correspondientes?

5. En Puerto Peñasco se leen los siguientes pronósticos de temperatura máxima para los primeros cinco días del mes de abril. Cámbielos a la escala Farenheit para informar a los turistas que planean viajar a este centro vacacional:

6. Diga qué es la expansión lineal y qué es la expansión volumétrica en sólidos. Escriba la fórmula de dilatación lineal y explique qué es el coeficiente de dilatación lineal. También escriba la fórmula de dilatación volumétrica y explique qué es el coeficiente de dilatación volumétrica.

7. Investigue los coeficientes de dilatación de los siguientes materiales: aluminio, cobre, hierro, platino, plata y zinc. Enseguida suponga que en un laboratorio tenemos seis barras, una de cada uno de los materiales anteriores, a una temperatura de 30 °C  enseguida subimos la temperatura del laboratorio a 35 °C  ¿cuánto medirá cada barra al final de este proceso?

8. Suponga que una empresa de atracciones infantiles está colocando un trenecito para pasear a los niños en un área determinada y que usa rieles de hierro de cinco metros cada uno ¿qué distancia debe haber entre cada par de rieles para evitar deformaciones causadas por los cambios de temperatura? Suponga que estamos en verano y que las temperaturas mínimas que se alcanzan durante la madrugada son de 20 °C en tanto que las máximas pueden ser hasta de 40 °C.

9. Los líquidos tienen propiedades de expansión semejantes a las de los sólidos. En la siguiente tabla se presentan varios coeficientes de expansión volumétrica: 

Si ponemos cuatro columnas de vidrio cerradas por abajo y abiertas por arriba, muy largas para evitar riesgo de derrames de líquidos. La primera tiene 30 cm de altura de alcohol, la segunda 30 cm de altura de glicerina, la tercera tiene 30 cm de altura de mercurio y la cuarta 30 cm de altura de agua. Todas están a una temperatura inicial de 25 °C y bajamos la temperatura a 15 °C.

¿cuánto miden las columnas de los líquidos al final de este proceso?

10. Tomando en cuenta el problema anterior, ¿cuál líquido escogería Usted si tuviera que construir un termómetro? ¿Porqué?

11. El agua presenta una propiedad de expansión distinta de la mayoría de sustancias. Coloque una botella cerrada conteniendo agua en el congelador de un refrigerador, diga qué encuentra al día siguiente y explique a qué se debe el fenómeno observado.

12. Los gases tienen propiedades de expansión semejantes a los líquidos y a los sólidos. Éstas se describen mediante las siguientes relaciones matemáticas: Diga qué es P, qué es V y qué es T. Diga cuál es la ley de Boyle-Mariotte, cuál es la de Gay-Lussac y busque el nombre que lleva la ley que no hemos mencionado.

a)         b)        c)