Biofísica Final Ago 24 TD 4 Termodinámica

 Un cuerpo negro ideal irradia energía con una potencia de 4000 W cuando se encuentra a 1000 K de temperatura a la cuarta parte y lo dividimos en varios trozos, de forma tal que el área en contacto con el ambiente se cuadriplica, la potencia total irradiada por todos los trozos será de:

 

□ 1000 W	□ 256 000 W	█ 62,5 W
□ 50 W	300 W	□ 4000 W

 

Pot = σ ε A T^4 (ley de Stefan- Boltzmann)

 

donde

Pot = potencia de radiación

σ = constante de Stefan- Boltzmann

ε = factor de emisividad del cuerpo

A = área del cuerpo

T = temperatura del cuerpo (en Kelvin)

 

Estado 1

Pot = potencia de radiación = 4000 W

A1 = área del cuerpo

T1 = temperatura del cuerpo

 

Estado 2

Pot2 = potencia de radiación

A2 = área del cuerpo = 4 A1

T2 = temperatura del cuerpo = T1 / 4

 

Reemplazando

Pot2 = σ ε A2 T2^4 = σ ε (4 A1) (T1/4)^4 = Pot1 (1/4)^3 = 4000 W / 64 = 62,5 W  

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 3 Termodinámica

Un gas ideal entre los estados A, B y C como indica la figura. Las líneas curvas representan isotermas. Si el valor absoluto del calor intercambiado entre los estados B y C es de 15 atm.L, los valores del calor y del trabajo en la evolución A B serán:

 

 

 

□ QAB = - 1 atm.L    LAB = - 6 atm.L

□ QAB = 11 atm.L    LAB = 6 atm.L

█ QAB = -21 atm.L  LAB = - 6 atm.L

□ QAB = -6 atm.L     LAB = - 5 atm.L

□ QAB = 11 atm.L    LAB = - 6 atm.L

□ QAB = 1 atm.L      LAB =  6 atm.L

 

∆U = Q – L (Primera ley de la termodinámica)

 

Donde

∆U = energía interna

Q = calor intercambiado

L = trabajo

 

Proceso AB

 

∆UAB = QAB  – LAB

 

Donde

∆UAB = variación de energía interna entre A y B

QAB = calor intercambiado entre A y B

LAB = trabajo entre A y B (transformación a Presión = cte) = PA (VB – VA) 

PA = presión en el estado A = 2 atm

VA = volumen en el estado A = 6 L

VB = volumen en el estado B = 3 L

 

Reemplazando

LAB = 2 atm (3 L – 6 L) = - 6 atm.L

 

Proceso BC

 

∆UBC = QBC – LBC

 

donde

∆UBC = variación de energía interna entre B y C >  0  ( TC > TB)

| QBC | = calor intercambiado entre B y C = 15 atm.L

LBC = trabajo entre B y C (transformación a Volumen = constante) = 0

 

Reemplazando

∆UBC = QBC = | QBC| = 15 atm.L

 

 

Proceso ABC

 

∆UABC = QAB + QBC – LAB – LBC

 

donde

∆UABC = variación de energía interna entre A y C = 0  ( TC = TA)

 

Reemplazando y despejando QAB

QAB = - QBC + LAB = - 15 atm.L – 6 atm.L = - 21 atm.L

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 2 Electricidad

En el circuito de la figura, R1 = 20 Ω; R2 = 480 Ω, R3 = 240 Ω y la indicación del voltímetro 32 V. Entonces, el valor de la diferencia de potencial de la pila (ΔV) y la indicación del amperímetro (I) serán:

 

□ ΔV  = 39 V  I = 0,133 A	█ ΔV  = 42 V  I = 0,2 A
□ ΔV  = 34,2 V  I = 0,044 A	□ ΔV  = 32 V  I = 0,2 A
□ ΔV  = 32 V  I = 0,044 A	□ ΔV  = 10 V  I = 0,02 A

 

V = R I (Ley de Ohm)

 

Donde

V = voltaje o diferencia de potencial

R = resistencia

I = intensidad

 

R2 y R3 resistencias en paralelo

R23 = 1 / (1/ R2 + 1/ R3) = 1 / (1/ 480 Ω + 1 / 240 Ω) = 160 Ω

 

R1 y R23 resistencias en serie

R123 = R1 + R23 = 50 Ω + 160 Ω = 210 Ω

 

Ley de Ohm en el paralelo

V23 = I23 R23

 

Donde

V23 = mediación del voltímetro = 32 V

I23 = intensidad total del paralelo = I

R23 = resistencia equivalente = 160 Ω

 

Reemplazando y despejando I23

I = I23 = V23 / R23 = 32 V / 160 Ω = 0,2 A

 

Ley de Ohm en el circuito

∆V = I R

 

Donde

∆V = diferencia del potencial de la pila

I = intensidad total del circuito = 0,2 A 

R = resistencia total del circuito = R123 = 180 Ω

 

Reemplazando

∆V = V123 = I R123 = 0,2 A 210 Ω = 42 V

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 1 Electricidad

Una carga de - 4 x 10^-8 C se coloca en un campo eléctrico de dirección vertical y sentido hacia arriba, cuya intensidad es 3 x 10^4 N/C. El trabajo de la fuerza eléctrica cuando la carga se mueve 8 cm verticalmente hacia abajo es:

 

□ - 1,2 x 10^-4 J	□ 0 J	□ - 9,6 x 10^-5 J
█  9,6 x 10^-5 J	□ 0,96 J	□ - 9,6 x 10^-3 J

 

 

W = | Fe |  | d | cos 0°

 

Donde

W = trabajo

| Fe | = fuerza eléctrica = | q |  | E |

| q | = carga = 4 x 10^-8 C

| E | = campo eléctrico = 3 x 10^4 N / C

| d | = distancia = 8 cm = 0,08 m

 

Reemplazando

W = 4 x 10^-8 C 3 x 10^4 N / C 0,08 m = 9,6 x 10^-5 J

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 12 Electricidad

Una pila conectada entre los puntos A y B se utilizó para cargar tres capacitores idénticos asociados como en la figura. Las cargas resultantes se denominan Q1, Q2 y Q3, respectivamente. Entonces, se cumple:

 

  

█ Q1 > Q2 = Q3

□ Q1 = Q2 < Q3

□ Q1 = Q2 > Q3

□ Q1 = Q2 = Q3

□ Q1 < Q2 = Q3

□ Q1 < Q2 < Q3

 

C2 y C3 capacitores en serie Q2 = Q3

 

Q = C23 VAB

 

Donde

Q = carga

C23 = capacidad de los capacitores en serie = 1 / (1/C + 1/C) = C/2

VAB = diferencia de potencial

 

Reemplazando

Q = C / 2 VAB = C VAB / 2

 

Q1 = C1 VAB

 

Donde

Q1 = carga del capacitor 1

C1 = capacidad del capacitor 1 = C

 

Reemplazando

Q1 = C VAB > Q

 

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 11 Electricidad

La figura representa un circuito eléctrico que es alimentado por una fuente de tensión ideal de 12V. L1, L2 y L3 representan llaves. Sabiendo que una llave abierta no permite el paso de corriente, la fuente entregará una potencia eléctrica de 720 mW si:

 

 

Pot = V^2 / Req

 

donde

Pot = potencia = 720 mW = 0,720 W

V = tensión = 12 V

Req = resistencia equivalente del circuito

 

Reemplazando y despejando Req

Req = (12 V)^2 / 0,720 W = 200 Ω

  

 

’ L1 y L2 están abiertas y L3 está cerrada. Falso Circuito abierto à No circula corriente   ’ L1 y L3 están abiertas y L2 está cerrada. Falso Circuito abierto à No circula corriente   ’ L3 está abierta y L1 y L2 están cerradas. Falso R1 y R2 resistencias en serie Req = R12 = R1 + R2 = 160 Ω + 200 Ω = 360 Ω   ’ L2 está abierta y L1 y L3 están cerradas Falso R1 y R3 resistencias en serie Req = R13 = R1 + R3 = 160 Ω + 50 Ω = 210 Ω   ’ Las tres llaves están abiertas    Falso Circuito abierto à No circula corriente   █ Las tres llaves están cerradas     Verdadero R2 y R3 resistencias en paralelo R23 = 1 / (1 / R2 + 1/ R3) = 40 Ω R1 y R23 resistencias en serie Req = R123 = R1 + R23 = 160 Ω + 40 Ω = 200 Ω    .

Biofísica Final Feb 24 TA1 10 Electricidad

 Un átomo de sodio ionizado (Na+) atraviesa un campo eléctrico entre dos placas cargadas, como se observa en la figura. Entonces, al reconocer el camino ABC, la variación de la energía eléctrica (∆U) y la variación de potencial eléctrico (∆V= del átomo resulta:

 

 

□ ∆UABC > 0 y ∆VABC > 0

□ ∆UABC > 0 y ∆VABC < 0

█ ∆UABC < 0 y ∆VABC < 0

□ ∆UABC < 0 y ∆VABC = 0

□ ∆UABC = 0 y ∆VABC > 0

□ ∆UABC = 0 y ∆VABC = 0

 

 

 

 

Variación energía eléctrica (ΔU)

 

ΔU = - W

 

Donde

ΔU = variación de la energía interna

W = trabajo eléctrico = WAB + WBC

 

WAB = 0 (atraviesa las líneas de campo E)

 

WBC = q E d > 0 (carga positiva se mueve en la dirección del campo)

 

Reemplazando

ΔU = - W < 0

 

 

Variación de potencial (ΔV)

 El desplazamiento es a favor de la dirección del campo

ΔV = VC – VB < 0