l a n o i s fe o r P o c i n c é T ma a r g o r P

FÍ SIC A Calor I: calor y temperatura

Nº

Ejercicios PSU 1. Un recipiente contiene un líquido a temperatura desconocida. Al medir la temperatura del líquido en MTP las escalas Celsius y kelvin, es correcto afirmar que I) II) III)

el valor numérico en la escala Celsius es positivo. el valor numérico en la escala kelvin es positivo. en la escala Celsius el valor registrado es menor que en la escala kelvin.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo II y III I, II y III

GUICTC009TC32-A16V1

2. A nivel del mar, ¿cuál es la temperatura de fusión del hielo en la escala Celsius? MTP A) -460 [ºC] B) -273 [ºC] C) 0 [ºC] D) 100 [ºC] E) 273 [ºC]

Cpech

1

FÍSICA 3. En el noticiero de un canal de televisión se entrega el siguiente informe del tiempo para un día MTP determinado. Temperatura mínima : 10 [ºC] Temperatura máxima : 32 [ºC] Considerando esta información, ¿cuál es la variación de temperatura que se espera para ese día, en la escala kelvin? A) B) C)

10 [K] 22 [K] 32 [K]

D) 283 [K] E) 305 [K]

4. Si se tiene un líquido desconocido a 0 [°C] y se le aplica calor, entonces el líquido MC A) se dilatará. B) se contraerá. C) mantendrá su volumen. D) se dilatará o se contraerá, nunca mantendrá su volumen. E) se contraerá o mantendrá su volumen, nunca se dilatará. 5. “Es una magnitud que da cuenta de la mayor o menor agitación de las partículas que constituyen MC un cuerpo”. La definición anterior corresponde al concepto de A) B) C) D) E)

calor. convección. temperatura. dilatación. contracción.

6. Al calentar un alambre por un extremo, el calor se propaga a través de él por MC A) convección. B) conducción. C) radiación. D) convección y radiación. E) radiación y conducción. 7. Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto afirmar que MC I) se requiere de una fuente de calor para que se produzca. II) se produce en un medio material. III) se produce solo en los fluidos. A) B) C) 2 2

Cpech

Solo I Solo II Solo III

D) E)

Solo I y II I, II y III

GUÍA 8. Tres jóvenes se encuentran sentados junto a una fogata en la playa, frente al mar. El calor que MC ellos perciben en estas condiciones se transmite, principalmente, por I) II) III)

conducción. convección. radiación.

Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y II. solo II y III.

9. La siguiente figura muestra tres termómetros diferentes, en los que se han marcado tres MC temperaturas distintas. Celsius

Kelvin R K

0K

Fahrenheit

100 ºC

212 ºF

0 ºC

T ºF

S ºC

460 ºF

Basándose en la información entregada en la figura, ¿cuáles son los valores de las temperaturas faltantes R, S y T?

A) B) C) D) E)

R 273 373 373 373 373

S 273 0 273 32 32

T 0 32 32 0

0

Cpech

3

FÍSICA 10. La dilatación que experimentan los cuerpos sólidos depende de MC I) el valor del coeficiente de dilatación lineal del material. II) la temperatura a la cual se encuentren inicialmente. III) la variación de temperatura a la cual sean sometidos. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo I. solo II. solo III. solo I y III. I, II y III.

11. Respecto a las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y kelvin, es correcto afirmar que MC I) para una misma temperatura, el valor numérico en la escala kelvin siempre supera al valor en la escala Celsius. II) la temperatura en la escala kelvin nunca es negativa. III) al aumentar la temperatura de un cuerpo 10 grados en la escala Celsius, aumenta 18 grados en la escala Fahrenheit. A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y III I, II y III

12. Considerando la teoría cinética molecular, es correcto afirmar que MC I) las moléculas de un cuerpo están siempre en movimiento. II) los aumentos de temperatura en un cuerpo conllevan un aumento en la energía cinética de sus moléculas. III) en un cuerpo que se encuentra a 0 °C, la energía cinética de sus moléculas es prácticamente nula. A) B) C) D) E)

4 4

Cpech

Solo I Solo I y II Solo I y III Solo II y III I, II y III

GUÍA 13. La dilatación es un fenómeno térmico, en el cual los cuerpos incrementan su tamaño al aumentar MC su temperatura. Para un aumento de temperatura definido, el grado de dilatación que experimente un cuerpo dependerá del tipo de material y del tamaño inicial del cuerpo. En un experimento se tiene una caja abierta, de 1 [m] x 1 [m] x 1 [m], construida de un determinado material, y en la cual caben exactamente 27 esferas idénticas entre sí, hechas del mismo material de la caja, sin que quede espacio para ninguna otra esfera, tal como muestra la figura.

El conjunto (caja y esferas) es puesto en un horno y calentado, de manera que su temperatura experimenta un incremento de T grados Celsius. Luego, la caja (conteniendo las esferas) es sacada del horno y sus lados son inmediatamente medidos, encontrándose que ahora tienen 1,2 [m] x 1,2 [m] x 1,2 [m], producto de la dilatación térmica experimentada. Considerando el aumento registrado en las dimensiones de la caja, ¿cuántas esferas más caben en ella, cuando es recién sacada del horno? A) B) C) D) E)

12,0 esferas 3,6 esferas 1,2 esferas 0,6 esferas 0 esferas

14. Respecto del calor, es correcto afirmar que MTP I) se transmite siempre desde un cuerpo de mayor masa a uno de menor masa. II) fluye de manera espontánea desde un cuerpo hacia otro de menor temperatura. III) su unidad de medida en el S.I. es el grado kelvin. A) B) C) D) E)

Solo II Solo III Solo I y II Solo II y III I, II y III

Cpech

5

FÍSICA 15. MC

Un frasco de vidrio, cuya capacidad volumétrica es 1.000 [cm3], está lleno de mercurio. Si al calentar 100 [°C] el conjunto se derraman 15 [cm3] de mercurio, ¿cuál fue la dilatación que experimentó este material? (Considere que el coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es 0,18 10–3 [°C]–1) A) B) C) D) E)

14 [cm3] 15 [cm3] 16 [cm3] 18 [cm3] 20 [cm3]

16. Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica 6,9 10–5 [ºC]–1 se encuentra contenido en MC un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación lineal es 2,3 10–5 [ºC]–1. Si el líquido llena completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [ºC], es correcto afirmar que el líquido se dilatará A) B) C) D) E)

el triple de lo que lo hará el recipiente. el doble que el recipiente. lo mismo que el recipiente. la mitad de lo que se dilatará el recipiente. la tercera parte de lo que se dilate el recipiente.

17. ¿En cuál(es) de las siguientes situaciones predomina la transmisión de calor por conducción? MTP I) Calentar una barra de metal. II) Soplar y enfriar una taza con café. III) Derretir un trozo de mantequilla en un recipiente caliente. A) B) C) D) E)

Solo I Solo III Solo I y II Solo I y III Solo II y III

18. Al verter agua caliente en un vaso de vidrio común este generalmente se rompe, debido a que MTP la parte interior y exterior poseen diferente temperatura. No obstante, si el recipiente es de vidrio Pyrex esto no ocurre, pues es un material que resiste cambios bruscos de temperatura. Respecto a lo anterior, ¿cuál de las siguientes opciones permite explicar correctamente por qué un vaso de este material no se rompe al verter agua caliente en él? A) B) C) D) E)

6

6

Cpech

El vidrio Pyrex es más duro que el vidrio común. El vidrio Pyrex posee menor coeficiente de dilatación lineal que el vidrio común. El vidrio Pyrex se contrae al verter agua caliente, en cambio el vidrio común se dilata. El vidrio Pyrex se dilata en una dirección y se contrae en otra. El vidrio Pyrex posee un comportamiento anómalo en un cierto rango de temperaturas, similar al comportamiento del agua.

GUÍA 19. Una persona llenó completamente el estanque de bencina de su auto y lo dejó estacionado al MC sol. Luego de cierto tiempo se dio cuenta de que, en virtud del aumento de temperatura, cierta cantidad de bencina se había derramado del estanque. Respecto de esta situación, es correcto afirmar que I) II) III)

se dilató el estanque de bencina. la dilatación del combustible fue mayor que la del estanque. el coeficiente de dilatación volumétrica de la bencina es mayor que el coeficiente de dilatación volumétrica del estanque.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III

20. Una barra bimetálica es una barra fabricada mediante la unión de dos láminas metálicas de MC distinto material. La barra bimetálica de la figura se encuentra horizontal y anclada al muro en el extremo A.

Metal 1

Pared

B

A

Metal 2

Si el coeficiente de dilatación lineal del metal 1 es 12 10–5 [ºC]–1, el coeficiente de dilatación superficial del metal 2 es 15 10–5 [ºC]–1 , y todo el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 10 [ºC], entonces es correcto afirmar que A) B) C) D) E)

el metal 2 se expande más que el metal 1. la barra se curva y el extremo B sube. la barra se curva y el extremo B baja. en la barra, los dos metales se expanden la misma cantidad. la temperatura no afecta a los metales 1 y 2.

Cpech

7

FÍSICA

Tabla de corrección

Ítem

8

8

Cpech

Alternativa

Habilidad

1

Aplicación

2

Reconocimiento

3

Aplicación

4

Comprensión

5

Aplicación

6

Reconocimiento

7

Reconocimiento

8

Comprensión

9

Aplicación

10

Reconocimiento

11

Comprensión

12

Aplicación

13

ASE

14

Aplicación

15

Aplicación

16

ASE

17

Comprensión

18

ASE

19

Comprensión

20

Aplicación

GUÍA

Resumen de contenidos

Calor Se define como la “energía en tránsito” que fluye natural y espontáneamente desde un cuerpo o sistema “más caliente” hacia otro “más frío”. Es una magnitud escalar y se mide en: S.I.: [joule] = [J] C.G.S.: [ergio] = [erg] También se puede expresar en calorías: 1 [caloría] = 4,18[J]. Temperatura Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo o sistema. Mientras más se muevan (vibren) las partículas de un cuerpo, mayor será su temperatura. Es una magnitud escalar y se puede expresar según diferentes escalas termométricas. Las más usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin. •

Escala Celsius Creada en 1742 por el físico y astrónomo sueco Anders Celsius. En esta escala a la temperatura de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC] y a la temperatura de ebullición del agua se le asigna el valor 100 [ºC].

•

Escala Fahrenheit

Fahrenheit

Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit (alemán); en esta escala la temperatura de fusión del hielo corresponde a 32 [ºF], y la temperatura de ebullición del agua corresponde a 212 [ºF].

212

5 (T 9 F

Temperatura ebullición del agua.

100 90 80 70

180

TC =

Celsius

60 50 100 40 30 20

32)

10 32

0 Temperatura fusión del hielo.

Cpech

9

FÍSICA •

Escala kelvin o absoluta

Fahrenheit

Creada en 1848 por el británico William Thomson (Lord Kelvin). La escala absoluta incluye la temperatura teórica más baja posible, el cero absoluto o 0 [K]. En esta escala la temperatura de fusión del hielo corresponde, aproximadamente, a 273 [K] y la de ebullición del agua a 373 [K].

Celsius

212

180

32

TK = TC + 273

Kelvin

100

373

90 80

90 80

70

70

60 50 100 40

60 50 100 40

30 20

30 20

10

10

0

273

273

460

Temperatura ebullición del agua.

Temperatura fusión del hielo.

0 Cero absoluto

Transmisión del calor El calor puede transmitirse de tres formas, que dependen del medio por el cual se propague. •

Conducción El calor (energía) se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material. Esta forma de propagación del calor ocurre solo en los sólidos.

•

Convección Corresponde a la transmisión del calor en los fluidos (líquidos y gases) por medio de corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes.

•

Radiación El calor puede viajar grandes distancias a través del vacío; en este caso la energía se transmite por medio de ondas electromagnéticas.

Dilatación y contracción de materiales •

Dilatación lineal La dilatación o contracción afecta solo la longitud del cuerpo (las otras dos dimensiones son despreciables respecto de la primera).

10 10

Cpech

Por ejemplo: un alambre. Li

L

L = Li

T

GUÍA

•

Por ejemplo: una lámina delgada de metal.

Dilatación superficial

S

La dilatación o contracción afecta el área o superficie del cuerpo (el objeto posee solo dos dimensiones importantes y una tercera despreciable respecto de las otras dos).

S = Si =2

Si

T

Por ejemplo: un cubo de metal. •

Dilatación volumétrica V

La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo (cada una de las dimensiones del objeto es importante respecto de las demás).

Vi

V = Vi =3

T

El agua, una excepción En general, los materiales se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo. Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC]. Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC]. Volumen v/s temperatura

Densidad v/s temperatura 1,0000

1,0014 1,0012

Densidad (g/cm3)

Volumen cm3 específico g

( )

1,0016

1,0010 1,0008 1,0006 1,0004 1,0002

0,9999

0,9998 0,9997

1,0000

0

4

8 12 16 Temperatura (ºC)

20

0

2

4

6

8

10

12

Temperatura (ºC)

Cpech

11

FÍSICA

bA c

Glosario

Fluir: Dicho de un líquido o de un Magnitud: Cualquier propiedad

.

gas; que circula de un punto a otro

física que puede ser medida.

número y una unidad de medida. da completamente definida por un que que d nitu Mag : alar esc d Magnitu as), la longitud (3 metros), etc. grados Celsius), el tiempo (2 hor Por ejemplo, la temperatura (30 s despreciables, pero que posee

de dimensione Partícula: Cuerpo muy pequeño,

una masa definida.

nto.

ee un cuerpo debido a su movimie

Energía cinética: Energía que pos

vir.

Ebullición: Acción y efecto de her Medio (físico): Espacio físico en

rminado.

que se desarrolla un fenómeno dete

Anómalo: Irregular, extraño.

Registro de propiedad intelectual de Cpech. Prohibida su reproducción total o parcial.

12 12

Cpech