1. Un objeto SÓLIDO se calienta desde una temperatura inicial de 10ºC, y se anota la temperatura que tiene cada 2 minutos, obteniendo los registros que figuran en la tabla siguiente:
Temperatura (ºC) | Tiempo (minutos) |
10 | 0 |
15 | 2 |
20 | 4 |
25 | 6 |
30 | 8 |
30 | 10 |
30 | 12 |
Haz una gráfica situando el tiempo en abcisas y la temperatura en ordenadas. ¿Justifica cuál es la temperatura de fusión del sólido? Señala las regiones donde el aporte de calor se realiza en forma de calor sensible, y la región de la gráfica donde el aporte de calor se realiza de la forma de calor latente. [0,25 puntos limpieza, 0,25 ejes y 0,25 grafo. 0,50 temperatura de fusión argumentada con conceptos y vocabulario y expresiones no ambiguas y propias de la física, y 0,5 las regiones de calor sensible y latente]
El período de tiempo comprendido entre 0 y 8 segundos, marcado de rojo, corresponde al calor sensible, energía calorífica que provoca un cambio en la temperatura del objeto.
El período posterior a este, la temperatura permanece constante y así identifica a un cambio de estado, que ocurre a 30ºC valor de la temperatura de fusión. La energía calorífica corresponde al tipo denominado calor latente, pues produce un cambio de estado y permanece la temperatura constante.
<!--[if !supportLists]-->2) <!--[endif]-->Un balón se encuentra en lo alto de un tobogán por el que puede deslizar sin rozamiento, si comienza a caer desde 3 metros de altura, ¿a qué velocidad se moverá cuando se encuentre a 0,5 metros sobre el suelo? [0,25 croquis; 0,25 escritura de las ecuaciones a usar; 0,5 uso de unidades; 0,5 despeje de la magnitud sin sustituir los datos numéricos; 0,5 por cálculo correcto].
A |
B |
En ausencia de fuerzas exteriores que agreguen o retiren energía del sistema, la energía mecánica del balón en el punto A, y en el punto B son iguales. Pero esta cantidad se reparte de forma desigual entre cinética y potencial en ambos puntos. Así en A es por completo potencial, al carecer de velocidad, mientras que en B existen las dos formas. De esta manera:
Em)A=Em)B
Ep)A=Ec)B+Ep)B
M·g·hA=1/2Mv2B + M·g·hB Se van las masas al multiplicar todos los sumandos
g·hA-g·hB=1/2·vB2 Despejamos finalmente la velocidad en el punto B
2·g(hA-hB)=V2B Y sólo hace falta extraer la raíz.
<!--[if !msEquation]-->
<!--[endif]-->
<!--[if !supportLists]-->3) <!--[endif]-->¿Cuál es el origen de la escala de temperatura en ºC? Describe en 10 líneas, redactando, no enumerando, cómo se construye la escala utilizando un termómetro de mercurio. [0,25 mencionar el origen de la escala; describir la construcción de la escala, haciendo uso de expresiones y vocabulario científico, sin enumerar ni utilizar un estilo esquemático: 1]
El origen de la escala centígrada es experimental, consiste en introducir un tubo hueco, conteniendo mercurio en su interior, en objetos que estén a una temperatura de referencia fácilmente reproducible y accesible. Nos servirá la temepratura que adquiere un objeto mientras cambia de estado, pues ya sabemos, ver pregunta 1 del examen, que mientras esto ocurre la temperatura no cambia.
Elegimos como tal situación la del hielo fundente, de forma que al cabo de un tiempo de estar rodeado de hielo fundiéndose, el tubo de vidrio con mercurio se encontrará a la misma temperatura que aquel. En ese momento se saca y se marca sobre el vidrio el nivel que alcanzó el mercurio.
Repetimos la operación, pero ahora en agua hirviendo, consecuencia de lo cual sobre el vidrio habrá dos marcas. Si a una de ellas le asignamos el valor cero, y a otra 100, y dividimos en cien parte la distancia entre ambas, llamaremos ºC al ascenso de temperatura que provoque que el nivel de mercurio ascienda una de ese centenar de divisiones.
<!--[if !supportLists]-->4) <!--[endif]-->¿Cuál es la razón por la que existe una escala de temperaturas, en la que no existen valores negativos? [0,5 mencionar la causaala; describirla haciendo uso de expresiones y vocabulario científico, sin enumerar ni utilizar un estilo esquemático: 0,5]
La escala Kelvin, absoluta es una escala teórico que se basa en la relación directa existente entre temperatura y movimiento molecular: a más temperatura mayor velocidad de movimiento molecular. Según desciende la temperatura, las partículas moleculares se moverán más despacio hasta que llegue un punto en el cual dejen de moverse, y a la temperatura que corresponda la daremos el valor de 0K. No tienen sentido valores negativos, pues no se pueden asociar a velocidad de movimiento.
<!--[if !supportLists]-->5) <!--[endif]-->Un calentador transfiere 20.000 J de energía en forma de calor a 1.500 gramos de etanol a 25ºC. ¿A qué temperatura se calienta en etanol? Si esa energía se proporcionó durante 2 minutos, ¿Cuál es la potencia del calentador? Datos Ce=2450 J/(Kg·ºC) [0,25 croquis; 0,25 escritura de las ecuaciones a usar; 0,5 uso de unidades; 0,5 despeje de la magnitud sin sustituir los datos numéricos; 0,5 por cálculo correcto de la temperatura de etanol y 0,5 por el cálculo de la potencia].
Temperatura inicial del etanol 25ºC
CALOR |
CALENTADOR |
<!--[endif]--><!--[if !mso]-->
| ||||
Como el calor va a provocar sólo un cambio de temperatura, es un calor sensible, y por tanto: Q=M·Ce·(Tf-To) Debemos despejar de la ecuación anterior a Tf, que es lo único que desconocemos.
Q/(M·Ce)=Tf-To
Tf=To+Q/(M·Ce)
Ahora sustituimos valores de los datos
Tf=25ºC+20.000J/(1’5Kg·2450J/Kg·ºC)=30’44ºC
Para CALCULAR la potencia del calefactor, no hay más que dividir la energía suministrada, por el tiempo que tarda. Si no nos hablan de rendimiento por ninguna parte, podemos suponer que toda la energía cumple su cometido al 100% sin pérdidas.
Po=Energía/Tiempo=20.000J/120s=166’67 Wattios
Observemos que en el ejercicio hemos pasado los gramos a Kg, y los minutos a segundos durante los cálculos. Si no no es posible que se obtenga un resultado numérico en unidades admitidas.
<!--[if !supportLists]-->6) <!--[endif]-->En cuál de las siguientes situaciones hay o no trabajo, razona la respuesta.
<!--[if !supportLists]-->a. <!--[endif]-->El Sol hace girar a la Tierra en órbita circular. La fuerza sería la atracción entre la Tierra y el Sol.
<!--[if !supportLists]-->b. <!--[endif]-->Empujamos la pared, pero esta sigue en su sitio.
<!--[if !supportLists]-->c. <!--[endif]-->Empujamos la silla a velocidad constante para acercarla a la mesa.
[0,5 por cada una si los describe de acuerdo a expresiones y vocabulario científico]
Sólo hay trabajo distinto de cero en el apartado c y siempre que pensemos en el trabajo que haríamos nosotros al empujar la silla.
En el apartado b no hay trabajo porque no hay desplazamiento del objeto, recordemos que W=Fuerza·desplazamiento·cos(ángulo). Si uno de los términos es cero, el trabajo es cero.
En el apartado a la causa es que la fuerza y el desplazamiento guardan entre sí un ángulo de 90º, cuyo coseno es cero, y por tanto W=0J.
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