Biofísica 2P Nov 22 TB1 - 3. Electricidad

Se conectan tres capacitores C1, C2 y C3 en los que se acumulan una carga Q1, Q2, Q3 y tiene una diferencia de potencia V1, V2 y V3 respectivamente

Indicar cuál de las siguientes combinaciones es posible, dado en orden Q, V

 

	C1		C2		C3
	0,2 C	2 V	0,2 C	2 V	0,2 C	2 V
	0,3 C	6 V	0,2 C	3 V	0,5 C	9 V
	0,1 C	6 V	0,1 C	6 V	0,2 C	6 V
█	0,5 C	6 V	0,2 C	6 V	0,3 C	6 V
	0,3 C	3 V	0,3 C	3 V	0,3 C	6 V
	0,6 C	6 V	0,3 C	3 V	0,3 C	3 V

 

Analizando las diferencias de potencial

 

C2 y C3 están en paralelo

V2 = V3

 

	C2		C3		V2 = V3
	0,2 C	2 V	0,2 C	2 V
	0,2 C	3 V	0,5 C	9 V	Falso
	0,1 C	6 V	0,2 C	6 V
	0,2 C	6 V	0,3 C	6 V
	0,3 C	3 V	0,3 C	6 V	Falso
	0,3 C	3 V	0,3 C	3 V

 

Analizando las cargas  

 

C2 y C3 en paralelo

Q23 = Q2 + Q3

 

C1 y C23 en serie

Q1 = Q23

 

	C1		C2		C3		Q2 + Q3	Q1 = Q2 + Q3
	0,2 C	2 V	0,2 C	2 V	0,2 C	2 V	0,4 C	Falso
	0,3 C	6 V	0,2 C	3 V	0,5 C	9 V
	0,1 C	6 V	0,1 C	6 V	0,2 C	6 V	0,3 C	Falso
	0,5 C	6 V	0,2 C	6 V	0,3 C	6 V	0,5 C	Verdadero
	0,3 C	3 V	0,3 C	3 V	0,3 C	6 V
	0,6 C	6 V	0,3 C	3 V	0,3 C	3 V	0,6 C	Verdadero

 

 

Biofísica 2P Nov 22 TB1 - 2. Termodinámica

Dentro de un calorímetro ideal de paredes adiabáticas se colocan 100 g de agua a 20 ºC y 1 atm junto con un trozo de 200 gr de cobre solido a 300 ºC. Se cierra el recipiente y se espera hasta que se alcance la temperatura de equilibrio

Datos: Ce cobre = 0,093 cal/gr K; T fusión cobre = 1085 ºC; ce agua = 1 cal/gr K; L vaporización = 540 cal/gr

Calcular:

 

a)     La temperatura de equilibrio del sistema agua cobre

 

Q =	Calor intercambiado
ma cea ( Te - 20ºC) +	El agua absorbe calor
+ mc cec ( Te -  300 ºC) =	Cobre cede calor
= 0	Recipiente adiabático

 

Donde

ma = masa de agua = 100 gr

cea = calor especifico del agua = 1 cal/gr  K

Te = temperatura de equilibrio

mc = masa del cobre = 200 gr

cec = calor específico del cobre = 0,093 cal/gr K

 

Reemplazando y despejando Te

Te = (ma cea 20 ºC + mc cec 300 ºC) / (ma cea + mc cec) = (100 gr 1 cal/gr K 20 ºC + 200 gr 0,093 cal/gr K 300 ºC) / (100 gr 1 cal/gr K + 200 gr 0,093 cal/gr K) = 63,91 ºC

 

 

b)    Indicar para este proceso si aumentan, disminuyen o no cambia la entropía del agua, del cobre y del sistema completo.

 

Entropía del agua = aumenta (absorbe calor)

Entropía del cobre = disminuye (cede calor)

Sistema agua y cobre = aumenta (proceso irreversible)

 

Biofísica 2P Nov 22 TB1 - 1. Electricidad

El circuito de la figura está formado por tres resistores, R1 en serie con el paralelo de R2 y R3. Los valores son R1 = 200 Ω, R2 = 100 Ω y R3 = 400 Ω.

Si la corriente por el resistor R1 = 2 mA.

 

Calcular

a)     La diferencia de potencial que entrega la pila al circuito

 

V = R I (Ley de Ohm)

 

Donde

V = tensión

R = resistencia

I = intensidad

 

 

R2 y R3 en paralelo

R23 = 1 / (1 / R2 +1/ R3) = 1 / (1/100 Ω + 1/400 Ω) = 80 Ω

 

R1 y R23 en serie

Req = R123 = R1 + R23 = 200 Ω + 80 Ω = 280 Ω

 

Reemplazando en la Ley de Ohm

V = 2 mA 280 Ω = 560 mV

 

b)    La potencia con que se disipa la energía sobre R3

 

V = V1 + V23

 

Donde

V = tensión de la pila

V1 = tensión sobre R1 = I1 R1

V23 = tensión sobre el paralelo

 

Reemplazando y despejando V23

V23 = V - R1 V1 = 560 mV - 2 mA 200 Ω = 160 mV

 

Pot = V I = V^2 / R = I^2 R

 

Donde

Pot = potencia disipada

 

Pot3 = V23^2 / R3 = (160 mV)^2 / 400 Ω = 64 x 10^-6 W = 6,4 x 10^-2 mW

 

Biofísica 2P Jul 22 TC - 8. Electricidad

 El circuito de la figura incluye una batería y tres resistores de valores R1 = 20 Ω, R2 = 5 Ω y R3 = 16Ω

Si la potencia disipada por R3 es 100 W:

 

 

V = R I Ley de Ohm

 

Donde

V = tensión

R = resistencia

I = intensidad

 

Pot = V I = V^2 / R = I^2 R

 

 

a)     Que corriente pasa por R1

 

En la resistencia 3

Pot3 = I3^2 R

 

Donde

Pot3 = potencia disipada por R3 = 100 W

I3 = intensidad de corriente en R3

R3 = resistencia R3 = 16 Ω

 

Reemplazando y despejando I3

I3 = raíz (pot3 / R3) = raíz (100 W / 16 Ω) = 2,5 A

 

En el paralelo

I3 = I1 + I2

V1 = V2

R1 I1 = R2 I2

 

 Despejando I2 de ambas ecuaciones e igualando

I3 - I1 = R1 I1 / R2

 

Despejando I1

I1 = I3 / (1 + R1/R2) = 2,5 A / (1 + 20Ω / 5Ω) = 0,5 A

 

b)    Que tensión tiene la batería

 

 

R1 y R2 en paralelo

R12 = 1 / (1/R1 + 1/R2) = 1/ (1/20 Ω + 1/ 5 Ω) = 4 Ω

 

R12 y R3 en serie

Req = R123 = R12 + R3 = 4 Ω+ 16Ω = 20 Ω

 

I = I3 = 2,5 A

 

Reemplazando en la ley de Ohm

V = 2,5 A 20 Ω = 50 V

 

 

Biofísica 2P Jul 22 TC - 7. Termodinámica

Un gas ideal evoluciona como muestra la figura desde un estado de 10 litros y 2 atm hasta otro estado de 50 litros y 4 atm, aumentando su energía interna en 10000 J

 

a)     Calcular el calor intercambiado, y decir si el gas lo cede o lo recibe

 

ΔUABCD = QABCD - WABCD  Primer principio

 

Donde

ΔUABCD = variación de la energía interna = 10000 J

QABCD = calor intercambiado

WABCD = trabajo

 

 

WABCD = WAB + WBC + WCD

 

WAB = 0 (volumen constante)

WBC = PB (VC - VB) = 8 atm (50 L - 10 L) = 320 L.atm

WCD = 0 (volumen constante)

 

Reemplazando

WABCD = 320 L.atm (1 m³/1000 dm³) (100000 Pa / 1 atm) = 32000 J

 

Reemplazando en el primer principio y despejando QABCD

QABCD = ΔUABCD + WABCD = 10000 J + 32000 J = 42000 J > 0 absorbido por el gas

 

b)    Si es gas regresa a su estado inicial cediendo 30000 J de calor al ambiente, calcular el trabajo para esa última evolución indicando si el gas lo entrega o lo recibe

 

ΔUABCDA = QABCDA - WABCDA  Primer principio

 

Donde

ΔUABCDA = variación de la energía interna = 0 (regresa al estado inicial)

QABCDA = calor intercambiado = QABCD + QDA

QDA = calor cedido al ambiente = - 30000 J

WABCDA = trabajo = WABCD + WDA

WDA = trabajo   ultima evolución

 

Reemplazando en el primer principio

0 = QABCD + QDA - (WABCD + WDA)

 

Despejando WDA

WDA = QABCD + QDA -  WABCD = 42000 J - 30000 J - 32000 J = -20000 J < 0 recibido

Biofísica 2P Jul 22 TC - 6. Termodinámica

En cada ciclo de funcionamiento, una maquina térmica entrega 2000 J en forma de trabajo y 8000 J de calor al ambiente. Cuál es su rendimiento?

 

 mayor a 1	 0,8	 0,6
 0,4	█ 0,2	 0,1

 

 

Qc = W + Qf

 

Donde

Qc = calor absorbido de la fuente caliente

W = trabajo entregado = 2000 J

Qf = calor cedido a la fuente fría = 8000 J

 

Reemplazando

Qc = 2000 J + 8000 J = 10000 J

 

ηr = W / Qc

 

Donde

ηr = rendimiento

 

Reemplazando

ηr = 2000 J / 10000 J = 0,2