Biofísica Final Feb 24 TA1 9 Termodinámica

La figura muestra como varia la presión de un gas en función del volumen durante la evolución cíclica reversible ABCDA. Entonces, por cada ciclo:

 

 

□ La energía interna del gas disminuye    Falso Energía interna (∆U) = 0  (ciclo) à Energía interna (U) NO varia

□ La energía interna del gas aumenta    Falso Energía interna (∆U) = 0  (ciclo) à Energía interna (U) NO varia

□ La entropía del gas disminuye    Falso  Variación de Entropía (∆S) = 0  (ciclo)à Entropía (S) NO varia

□ La entropía del gas aumenta    Falso  Variación Entropía (∆S) = 0  (ciclo) à Entropía (S) NO varia

█ El trabajo entregado por el gas es igual al calor recibido    Verdadero  Trabajo (L) > 0  (ciclo horario) à Trabajo (L) entregado ∆U = Q – L  = 0 (ciclo) à Q = L > 0 à Calor (Q) recibido

□ El trabajo recibido por el gas es igual al calor entregado    Falso Trabajo (L) > 0  (ciclo horario) à Trabajo (L) entregado  ∆U = Q – L  = 0 (ciclo) à Q = L > 0 à Calor (Q) recibido

 

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 8 Termodinámica

Dos varillas del mismo tamaño, pero de diferencia material, están unidas por un extremo formado una varilla de longitud doble. Las conductividades térmicas de las varillas son kA y kB. El extremo libre de la varilla A se mantienen a 0 °C y el extremo libre de la B se mantiene a 100 °C. Toda el área lateral de las varillas está aislada térmicamente. Al alcanzar el régimen estacionario la temperatura de la unión entre ambas varillas es de 25 °C. Entonces, se cumple:

  

□ kA = 0,25 kB

□ kA = 0,5 kB

□ kA = kB

█ kA = 3 kB

□ kA = 4 kB

□ kA = 6 kB

  

Q/t = - k A (Tf – Tc) / L (Ley de Fourier)

 

Donde

Q/t = flujo de calor

k = conductividad térmica

A = área de la varilla

Tf = temperatura fría

Tc = temperatura caliente

L = longitud de la varilla

Reemplazando en cada varilla

Varilla A: - kA A (0 °C – 25 °C) / L

Varilla B: - kB A (25 °C – 100 °C) / L

 

Igualando

kA A 25 °C / L = kB A 75 °C / L

kA = kB 75 °C / 25 °C = 3 kB

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 7 Termodinámica

En un recipiente adiabático ideal que contiene un litro de agua a 22 °C se introducen 800 gr de plomo fundido que se encuentra a 327 °C. El sistema plomo – agua se deja evolucionar hasta alcanzar el equilibrio térmico. En estas condiciones, la temperatura de equilibrio aproximada y el estado de agregación de cada componente resultan:

Datos del Plomo: Temperatura de fusión = 327 °C; calor latente de fusión = 5,5 cal/gr; calor especifico en estado sólido = 0,031 cal/gr °C

  

█ Tequil = 33,7 °C; Pb sólido y agua liquida Verdadero Ver desarrollo

□ Tequil = 33,7 °C; Pb líquido y agua liquida Falso Te = 33,7 °C < 327 °C (temperatura de fusión) à Estado de agregación del plomo = solido

□ Tequil = 55,7 °C; Pb líquido y agua liquida    Falso Te = 55,7 °C < 327 °C  à Estado de agregación del plomo = solido

□ Tequil = 55,7 °C; Pb sólido y agua liquida Falso Ver desarrollo

□ Tequil = 261,6 °C; Pb sólido y vapor de agua    Falso Te = 261,6 °C < 327 °C à Estado de agregación del plomo = solido

□ Tequil = 308 °C; Pb sólido y vapor de agua     Falso  Ver desarrollo

 

 0°C < Teq < 100 °C

Q =
ma ce (Te – 22 °C) +	El agua se “calienta” hasta la temperatura de equilibrio (absorbe calor)
- mPb Lf +	Solidificación del plomo (cede calor)
+ mPb cePb (Te – 327 °C) =	El plomo se “enfriar” hasta la temperatura de equilibrio (cede calor)
= 0	Recipiente adiabático

 

Donde

mPB = masa de plomo = 800 gr

Lf = latente de fusión = 5,5 cal/gr

cePB = valor especifico de plomo = 0,031 cal/gr °C

Te = temperatura de equilibrio

ma = masa de agua = 1 kg = 1000 gr

ce = calor especifico de agua = 1 cal/gr °C

 

Reemplazando y despejando Te

Te = (mPB Lf + mPB cePb 327 °C + ma ce 22 °C) / (mPB cePb + ma ce)

Te = (800 gr 5,5 cal/gr + 800 gr 0,031 cal/gr °C 327 °C + 1000 gr 1 cal/gr °C 22 °C) / (800 gr 0,031 cal/gr °C + 1000 gr 1 cal/gr) = 33,7 °C

 

Estado de agregación (T = 33,7°C)

Plomo = solido

Agua = líquida

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 6 Fluido

Por un caño horizontal de sección variable, viaja un fluido viscoso e incompresible en régimen laminar en el sentido desde A hacia C (las secciones en A y C son iguales, SA = SC) como muestra la figura. Determine para los puntos A, B y C, que opción es la única correcta:

 

 

□ La velocidad del fluido en C es menor que en A    Falso   VA SA = VC SC (ecuación de continuidad)   Donde VA = velocidad en A SA = sección en A VC = velocidad en C SC = sección en C   Si SA = SC à VC = VA

□ Las presiones del fluido en A y C son iguales    Falso   El fluido va de A a C à PA > PC

□ La velocidad y la presión del fluido en A son mayores que en B     Falso   VA SA = VB SB (ecuación de continuidad)   Donde VA = velocidad en A SA = sección en A VB = velocidad en B SB = sección en B   Si SA > SB à VB >  VA

□ Las velocidades y presiones del fluido en los tres puntos son iguales     Falso   VA SA = VB SB = VC SC (ecuación de continuidad)  Si SA = SC y SA > SB à VA = VC y VA < VB

█ La velocidad del fluido en A es menor que en B, y presión del fluido en A es mayor que en C    Verdadero   VA SA = VB SB (ecuación de continuidad)  Si SA > SB à VA < VB El fluido va de A  a C à PA > PC

□ La diferencia de presión del fluido entre A y B es la misma que entre C y B, sin importar la longitud de cada tramo del caño    Falso   ∆P = 8 π ν L / S^2 Q (Ecuaciones de Poiseville)   Donde ΔP = diferencia de presión ν = coeficiente de viscosidad L = longitud del tramo S = sección Q = caudal   ∆P depende de L

 

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 5 Fluido

Se tiene un tubo que contiene un líquido en su interior (de densidad 1350 kg/m³) como se muestra en la figura. El extremo izquierdo del tubo esta único a una ampolla cerrada con gas en su interior y el extremo derecho está abierto a la atmosfera. Entonces, la presión absoluta del gas atrapado en la ampolla es, aproximadamente:

 

□ 50 Pa

█ 6750 Pa

□ 67500 Pa

□ 710 mmHg

□ 760 mmHg

□ 860 mmHg

  

Columna izquierda: Pamp + δ g hi

Columna derecha: Patm + δ g hd

 

Donde

Pamp = presión en la ampolla

δ = densidad del líquido = 1350 kg/m³

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s^2.

hi = altura de columna izquierda = 20 cm = 0,20 m

Patm = presión atmosférica = 101300 Pa

hd = altura de columna derecha = 70 cm = 0,70 m

 

Reemplazando y despejan Pamp

Pamp = Patm + δ g hd - δ g hi = 101300 Pa + 1350 kg/m³ 10 m/s² (0,70 m – 0,20 m) = 108050 Pa (760 mmHg / 101300 Pa) = 810 mmHg

 

 

Biofísica Final Feb 24 TA1 4 Mecánica

Un automóvil desciende por una rampa a velocidad constante. Al desplazarse, para el automóvil:

 

 

Según x: Px – Froz = 0 (v = constante)

Según y: N – Py = 0

 

Donde

Px = componente x del peso

Py = componente y del peso

Froz = fuerza de rozamiento

N = reacción del plano

 

 

□ Se conserva la energía mecánica    Falso ∆Em = Wfnc   Donde ∆Em = variación de la energía mecánica Wfnc = trabajo de fuerzas no conservativas (Froz) ≠ 0   La energía mecánica NO se conserva

█ La energía mecánica disminuye    Verdadero  Wfnc = Froz d cos 180°    Donde Froz = fuerza de rozamiento d = distancia recorrida   Reemplazando Wfnc = -  Froz d  < 0 à ∆Em < 0 à Emf < Emi

□ La energía potencial gravitatoria aumenta     Falso   ∆Ep = Epf – Epi   Donde ∆Ep = variación de la energía potencial = Epf - Epi Epf = energía potencial final = P hf hf = altura final Epi = energía potencial inicial = P hi hi = altura inicial   hf < hi (el automóvil desciende)   Reemplazando ∆Ep = P ( hf – hi) < 0  à Epf < Epi

□ El trabajo de la resultante de fuerzas es positivo     Falso   Fuerza resultante = 0 (velocidad constante) à W = 0

□ El trabajo de la resultante de fuerzas es negativo  Falso   Fuerza resultante = 0 (velocidad constante) à W = 0

□ El trabajo de las fuerzas no conservativas es positivo    Falso   Wfnc = -  Froz d < 0