1.
Realiza el análisis de dimensiones de
la siguiente expresión:
(Fuerza x Aceleración)/Velocidad = Trabajo
Todas las magnitudes implicadas son
derivadas, y sus ecuaciones de dimensiones son las siguientes:
[F]=MLT-2 [a]= LT-2 [v]=LT-1 [W]=ML2T-2
Las magnitudes a ambos lados de la
igualdad deben ser iguales, hacemos las operaciones de la parte izquierda.
[F]·[a]/[v]=MLT-2· LT-2/
LT-1 = MLT-2·
LT-2· L-1 T1 = MLT-3
Estas dimensiones no se corresponden con las del
trabajo, MLT-3≠ ML2T-2,
por tanto no cumple la condición de homogeneidad.
2. ¿Qué diferencia existe entre el hierro y el acero tanto a nivel de
composición como a nivel de aplicaciones?
El Hierro es una sustancia elemental, por tanto sólo está
formada de hierro, mientras que el acero está formado por Hierro y Carbono,
este último en una proporción menor del 2%.
El hierro es un material duro, pero oxidable. La adición del carbono
para formar acero mejora la resistencia del acero a la fatiga o a la oxidación.
3.
Clasifica los siguientes sistemas termodinámicos en abiertos,
cerrados y aislados: Bote de refresco cerrado, Plato de sopa caliente, Termo de
café, la Tierra, tu cuerpo, un lago, una olla a presión.
Aislados, no intarcambian materia ni energía: Termo de café.
Cerrados, intercambian energía pero no materia: Bote de
refresco, la olla a presión.
Abiertos, intercambian materia y energía: el resto.
4.
Con ayuda del primer principio de la
Termodinámica, indica que magnitud es igual… (Debes justificarlo con el 1º
Principio)
a.
El calor de reacción a volumen
constante.
b. El calor de reacción a presión constante.
El primer principio de la termodinámica
afirma que la variación de energía interna de un sistema termodinámico es igual
a la suma del calor intercambiado y el trabajo realizado.
∆U=Q+W
Para
que haya trabajo es necesario que el volumen del sistema cambie, si el sistema
químico no ofrece cambios en el volumen, W=oJ, y por tanto:
∆U=Qv
Si el sistema químico evoluciona
a Presión constante, entonces el W=-P·(Vf-V0), que
sustituimos en la expresión del primer principio:
∆U=Q+W=QP-
P·(Vf-V0)
Despejamos el calor:
QP=(Uf-U0)+
P·(Vf-V0)=(Uf+PVf)-(U0+PV0)=Hf-H0=∆H
Donde hemos definido la entalpía
como H=U+PV
5.
Indica razonadamente el signo
de la variación de entropía de las siguientes reacciones químicas.
a.
3MnO(s) + O3(g) à 3MnO2 (s)
b.
2HCl (l) + Mg(s) à MgCl2(s) + H2(g)
c. CH4(g) + 2O2(g) à CO2 (g) + 2 H2O (l)
Para ello valoramos el número de
moléculas en productos y reactivos, y por otra parte el número de moles
gaseosos.
3MnO(s) + O3(g) à 3MnO2
(s)
MOLES
4 3
GASES
1 0
En este caso los dos factores
contribuyen a un descenso de la entropía, porque cuanto menos fracturada esté
la materia, y cuando más condensada esté, menos desorden habrá. Por tanto: ∆S<0.
2HCl (l) +
Mg(s) à MgCl2(s) + H2(g)
MOLES
3 2
GASES
0 1
En este caso los dos factores van
en sentido opuesto, porque cuanto menos fracturada esté la materia, y cuando
más condensada esté, menos desorden habrá. Hay menos moles en productos, pero
hay un mol más de gas que en los reactivos. Los gases aportan mucha entropía y
por tanto prevalece este factor: ∆S>0.
CH4(g)
+ 2O2(g) à CO2 (g) + 2 H2O (l)
MOLES
3 3
GASES
3 1
En este caso sólo el factor de
los moles gaseosos interviene. Como hay menos moles gaseosos en los productos,
la entropía disminuye. Por tanto: ∆S<0.
6. Supongamos que tenemos una reacción exotérmica, en la cual la
entropía disminuye. Discute sobre la posible espontaneidad de la reacción y las
condiciones.
Como es una reacción exotérmica ∆H<0, pero la magnitud
termodinámica que gobierna la espontaneidad de una reacción química es la
energía libre de Gibbs, cuya variación debe de ser negativa para que sea la
reacción espontánea:
∆G=∆H-T∆S
Analizamos el
signo de cada término
∆G = ∆H - T·∆S
<0 (-)
<0
Como hay un signo menos delante de
la variación de entropía, el término se vuelve positivo. Por tanto estamos
sumando un número negativo con uno positivo. Para que el resultado sea
negativo, el segundo factor ha de ser menor que el primero, lo que ocurrirá a
bajas temperaturas.
7. Define el concepto de entropía, e indica la relación de esta con la
espontaneidad de los procesos.
La entropía es una magnitud física que mide el desorden de
un sistema. En cualquier proceso en el que haya intercambio de energía
calorífica la entropía del Universo debe aumentar siempre.
8. ¿Por qué afirmamos que el movimiento es relativo si podemos fijar un
sistema de referencia en reposo?
No podemos encontrar en el Universo un Sistema de Referencia
en Reposo Absoluto, es decir un observador que diga quién se mueve y quién no.
Por tanto, todo dependerá del observador, y será relativo a este.
9.
Dibuja los vectores velocidad y
aceleración para cada una de las siguientes situaciones:
a.
Un avión dando vueltas perfectas en
círculo, a una velocidad de 800 Km/h
b. Un coche moviéndose en línea recta de derecha a izquierda,
disminuyendo la velocidad de 75 Km/h hasta 50 Km/h.
Supongamos
que el objeto que se mueve es la estrella, la línea es la trayectoria.
Marcamos con
letras los comienzos y finales de cada tramo.
AB: Está en
reposo, siempre está en la misma posición.
BC: Está en MRU,
retrocediendo hacia el origen o centro de referencia. Tiene MRU porque la
pendiente del grafo es un indicativo de la velocidad del movimiento, y esta
pendiente siempre es la misma.
CD: Está en MRU,
avanzando hasta el sitio más lejano de todo el trayecto. Al igual que antes, la
pendiente es constante, por lo que la velocidad es constante. Como además es de
mayor pendiente que el trayecto anterior, la velocidad es mayor que antes.
DE: MRUA, la pendiente es variable a lo largo del
tramo, por lo que la velocidad cambia. La pendiente va disminuyendo según
avanzamos por lo que está frenando.
11.
Un objeto se mueve con la siguiente
ecuación de movimiento correspondiente a un MAS: x(t)=16·cos(∏·t)
a.
Indica la distancia que hay entre los
dos extremos del movimiento, y la frecuencia y período del movimiento.
b.
Expón la ecuación que rige la
velocidad en función del tiempo para este movimiento, señalando expresamente la
velocidad máxima.
Teniendo en cuenta
que la expresión de la ecuación del movimiento, genérica, es x=Asen(wt) porque
en este curso no hemos considerado fase inicial, por comparación la amplitud es
A= 16. Por lo tanto la distancia entre los dos extremos es 2·A=32.
Por otra parte w=∏,
y así podemos calcular la frecuencia y el período:
W=2∏·F F=w/2∏=∏/2∏=0’5 Hz.
T=1/F=2 s
b) La ecuación de
la velocidad es v=Awcos(wt)=16∏cos(∏t). La velocidad máxima será Aw=16∏ m/s
No hay comentarios:
Publicar un comentario