Biofísica Final Jul 24 TA 10 Electricidad

Las partículas 1 y 2 de las figuras tiene cargas eléctricas tales que q1 > 0, q2 < 0 y |q1| > |q2|. Indicar la única figura que representa correctamente el sentido y la intensidad de la fuerza electrostática y del campo eléctrico que siente cada partícula debido a la otra

 

□	□
□	□
█	□

 

 

Fuerza (F)

 

F = k q1 q2 / r12^2 (Ley de Coulomb)

 

Donde

F = fuerza

k = constante de Coulomb

q1, q2 = cargas

r12 = distancia entre las cargas 1 y 2

  

| F12 | = | F21 |

 

Donde

F12 = fuerza que ejerce la carga 1 sobre la carga 2

F21 = fuerza que ejerce la carga 2 sobre la carga 1

 

Si q1 > 0 y q2 < 0 la fuerza es repulsiva

 

 

Campo eléctrico (E)

 

E = k q /r12^2

 

Donde

E = campo eléctrico

 

Carga 1: E1 = k q1 / r12^2

Carga 2: E2 = k q2 / r12^2

  

Si |q1| > |q2|  à E1 > E2

 

El campo E1 generado por la carga q1 es “saliente de q1”

El campo E2 generado por la carga q2 es “entrante a q2”

  

 

 

Biofísica Final Jul 24 TA 9 Termodinámica

Un recipiente rígido y adiabático tiene un tabique que separa su volumen interior en dos mitades. En una hay un gas ideal en equilibrio y en la otra se hizo vacío. Si se quita el tabique y se separa hasta que se alcanza un nuevo equilibrio ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es la única correcta?

  

█ La temperatura final del gas es igual a la inicial, el proceso es irreversible y la entropía del gas aumenta.

□ La temperatura final del gas es igual a la inicial, el proceso es reversible y la entropía del gas no cambia.

□ La temperatura final del gas es menor a la inicial, el proceso es reversible y la entropía del gas no cambia.

□ La temperatura final del gas es menor a la inicial, el proceso es irreversible y la entropía del gas disminuye.

□ La temperatura final del gas es menor a la inicial, el proceso es irreversible y la entropía del gas aumenta.

□ La temperatura final del gas es mayor a la inicial, el proceso es irreversible y la entropía del gas aumenta.

 

 Temperatura

 

∆U = Q – L (Primer principio de la termodinámica)

 

Donde

∆U = variación de la energía interna = n cv ∆T

n = número de moles

cv = calor especifico a volumen constante

∆T = variación de la temperatura

 

Q = calor = 0 (recipiente adiabático)

 

L = trabajo = 0 (recipiente rígido)

 

Reemplazando y despejando ∆T

∆T = (Q – L) / ( n cv) = 0 à T inicial = T final

 

Proceso

 

Irreversible

 

Entropía

 

∆Su = ∆Ss + ∆Sm

 

Donde

∆Su = variación de la entropía del universo > 0 (proceso irreversible)

 

∆Ss = variación de la entropía del sistema

 

∆Sm = variación de la entropía del medio = Q / T

Q = calor = 0 (recipiente adiabático = no intercambia calor con el medio)

T = temperatura del medio

 

Reemplazando y despejando ∆Ss

∆Ss = ∆Su - ∆Sm = ∆Su  > 0 à S aumenta

 

Biofísica Final Jul 24 TA 8 Termodinámica

Un gas ideal realiza un proceso en el que su volumen se reduce a un tercio del volumen inicial y su presión aumenta al doble de la presión inicial. Entonces se puede asegurar que, durante ese proceso. La variación de la energía interna del gas ∆U, el calor del gas Q, el trabajo L, son tales que:

 

□ ∆U > 0, Q < 0, L < 0, |Q| > |L|	□ ∆U > 0, Q > 0, L < 0, |Q| > |L|
□ ∆U < 0, Q > 0, L < 0, |Q| > |L|	□ ∆U > 0, Q > 0, L > 0, |Q| > |L|
□ ∆U < 0, Q < 0, L > 0, |Q| < |L|	█ ∆U < 0, Q < 0, L < 0, |Q| > |L|

 

 

Variación de la energía interna (∆U)

P V = n R T (Ecuación de Estado de los gases ideales)

 

Donde

P = presión

V = volumen

n = número de moles

R = constante de estado

T = temperatura

 

Reemplazando y despejando T

T = P V / (n R)

T1 = P1 V1 / (n R) 

T2 = P2 V2 / (n R) = 2 P1 V1/3 / (n R) = 2 / 3 T1

 

∆U = n cv (T2 – T1)

 

Donde

∆U = variación de energía interna

cv = calor especifico a volumen constante

 

Reemplazando

∆U = n cv (2/3 T1 – T1) = - 1/3 n cv T1 à ∆U <  0

 

Trabajo (L)

 

L = área debajo de la curva PV

 

L = P1 (V2 – V1) + (P2 – P1) (V2 – V1) /2

 

Reemplazando

L = P1 ( -1/2 V1) + P1 (-1/2 V1) /2 = -3/4 P1 V1 à L < 0

 

Calor ( Q)

 

∆U = Q – L  (primer principio)

 

Donde

Q = calor intercambiado

 

Despejando Q

Q = ∆U  ( < 0) + L( < 0 ) à Q < 0

 

| Q | = | ∆U | + | L | à | Q | > | L |

 

Biofísica Final Jul 24 TA 7 Termodinámica

En un calorímetro ideal hay 2 kg de hielo a 0 °C. ¿Se introduce cierta masa de agua a 25 °C y luego de cierto tiempo queda 1 kg de hielo en equilibrio con agua líquida, Cual es el total de agua líquida cuando el sistema alcanza el equilibrio?

  

□ 7,4 kg	□ 6,4 kg	□ 3,2 kg
█  4,2 kg	□ 0,625 kg	□ 1,625 kg

 

 Q = mf Lf + ma ce (0 °C – 25 °C) = 0

 

Donde

Q = calor intercambiado

mf = masa de hielo fundida = (2 kg – 1 kg) = 1 kg = 1000 gr

Lf = calor latente de fusión = 80 cal/gr

ma = masa de agua

ce = valor especifico del agua = 1 cal / gr °C

 

Reemplazando y despejando ma

ma = mf Lf / (ce 25 °C) = 1000 gr 80 cal/gr / (1 cal/gr°C 25 °C) =   3200 gr

 

mt = mf + ma = 1000 gr + 3200 gr = 4200 gr = 4,2 kg

mt = masa total de agua en equilibrio térmico con el hielo

Biofísica Final Jul 24 TA 6 Fluidos

 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es la única correcta?

  

□ El flujo difusivo es transporte de soluto desde la zona de menor concentración hacia la de mayor concentración      Falso El soluto fluye de la zona de mayor concentración a la de menor concentración

□ En la osmosis el solvente pasa a través de la membrana semipermeable hacia la zona de menor presión osmótica      Falso El solvente pasa hacia la zona de mayor presión osmótica (mayor concentración)

□ Se produce osmosis cuando el soluto atraviesa una membrana semipermeable desde la zona de menor hacia la de mayor consideración osmolar de soluto      Falso En la osmosis el solvente atraviesa la membrana

□ El flujo difusivo es transporte de solvente desde la zona hacia la de menor concentración      Falso El flujo difusivo es transporte de soluto

□ Tanto la osmosis como la osmosis inversa suceden espontáneamente     Falso La osmosis inversa NO sucede espontáneamente

█ Se produce osmosis cuando el solvente atraviesa una membrana semipermeable desde la zona de menor concentración hacia la de mayor concentración osmolar de soluto      Verdadera El solvente pasa hacia la zona de mayor concentración osmolar

 

 

 

 

Biofísica Final Jul 24 TA 5 Fluidos

Un determinado caudal de un líquido viscoso fluye por un conducto cilíndrico que tiene aplicada cierta diferencia de presión entre sus extremos y que disipa cierta potencia. Si, por la deposición de sarro, la sección transversal del conducto se reduce a la mitad (a lo largo de toda su longitud) y mantiene la misma diferencia de presión entre los extremos, se cumple que:

 

 

█ El caudal se reduce a un cuarto de su valor original y la potencia disipada es un cuarto de la disipada originalmente

□ El caudal se reduce a un cuarto de su valor original y la potencia disipada es la mitad de la disipada originalmente

□ El caudal se reduce a la mitad de su valor original y la potencia disipada es cuatro veces la disipada originalmente

□ El caudal se reduce a un 1/16 de su valor original y la potencia disipada es el doble de la disipada originalmente

□ El caudal se reduce a un 1/16 de su valor original y la potencia disipada es un cuarto de la disipada originalmente

 

 

ΔP = R Q (ecuación de Poiseuille)

 

Donde

ΔP = variación de presión

R = resistencia hidrodinámica = 8 π η L / S^2

η = viscosidad

L = longitud

S = sección

Q = caudal

 

Estado 1

 

ΔP1 = variación de presión

R1 = resistencia hidrodinámica = 8 π η L1 / S1^2

L1 = longitud

S1 = sección

Q1 = caudal

 

Reemplazando

ΔP1 = 8 π η L1 / S1^2 Q1

 

 

Estado 2

 

ΔP2 = variación de presión = ΔP1

R2 = resistencia hidrodinámica = 8 π η L2 / S2^2

L2 = longitud = L1

S2 = sección = S1/2

Q2 = caudal 

 

Reemplazando

ΔP2 = 8 π η L2 / S2^2 Q2

 

Igualando ambas diferencias de presión

8 π η L1 / S1^2 Q1 = 8 π η L2 / S2^2 Q2

Q1 / S1^2 = Q2 / S2^2   = Q2 / (S1 /2)^2

 

Q1 = 4 Q2  à Q2 = Q1 / 4

 

 

Pot = ΔP Q

 

Donde

Pot = potencia

 

Reemplazando en ambos estados

Estado 1: Pot 1 = ΔP1 Q1

Estado 2: Pot 2 = ΔP2 Q2

 

Reemplazando

Pot 2 = ΔP1 Q2 = ΔP1 Q1/4 à Pot 2 = Pot 1 /4

 

 

Biofísica Final Jul 24 TA 4 Fluidos

Cuando sube la marea en la playa del dibujo queda cierta cantidad de aire encerrado en una especie de cueva. La presión absoluta del aire encerrado (PAE) y la presión absoluta en el punto A (PA) valen aproximadamente

□ PAE = 100 kPa, PA = 140 kPa	□ PAE = 150 kPa, PA = 140 kPa
□ PAE = 100 kPa, PA = 190 kPa	□ PAE = 50 kPa, PA = 90 kPa
□ PAE = 50 kPa, PA = 40 kPa	█ PAE = 150 kPa, PA = 190 kPa

 

 PAE = Patm + δ g h

 

Donde

PAE = presión absoluta del aire encerrado

Patm = presión atmosférica = 100000 Pa

.δ = densidad del agua = 1000 kg/m³

.g = aceleración de la gravedad = 10 m/s²

.h = altura del agua = 5 m

 

Reemplazando

PAE = 100000 Pa + 1000 kg/m³ 10 m/s² 5 m = 150000 Pa = 150 kPa

 

 

PA = PAE + δ g hA

 

Donde

Pa = Presión absoluta en A

.hA = profundidad = 4 m

 

Reemplazando

PA = 150000 Pa + 1000 kg/m³ 10 m/s² 5 m = 190000 Pa = 190 kPa