Termodinámica

Un estudiante modela el flujo de calor entre dos objetos (P y Q), a partir de una analogía con el movimiento del agua contenida en dos recipientes. El estudiante observa que cuando conectan dos recipientes con niveles y cantidades de agua diferentes (ver figura), el agua se mueve del recipiente P al recipiente Q, hasta que los dos recipientes tienen el mismo nivel de agua.

En el modelo, el nivel del líquido representará la temperatura y la cantidad de liquido

representará la energía térmica (que se puede transferir como calor). Según el modelo, si se

colocan dos objetos de diferentes tamaños (Volumen Q > Volumen P) y temperaturas

(Temperatura P >Temperatura Q), ¿Cómo será el flujo del calor?

• De Q a P, porque fluiría del cuerpo con mayor calor al cuerpo con menor calor.

• De P a Q. porque fluiría del cuerpo con mayor temperatura al cuerpo con menor temperatura.

• De P a Q. porque fluiría del cuerpo con menor temperatura al cuerpo con mayor temperatura.

• De Q a P, porque fluiría del cuerpo con menor calor al cuerpo con mayor calor.

Una estudiante calentó en una estufa, durante un minuto, un litro de agua que inicialmente estaba a 15 °C. La temperatura final del agua fue 17 °C.

Si ahora calienta dos litros de agua que inicialmente están a 15 °C, en la misma estufa durante un minuto, se espera que la temperatura final de los dos litros de agua sea

• 19 °C.

• 17 °C.

• 16 °C.

• 15 °C.

Un estudiante coloca un recipiente con agua caliente junto a otro con agua fría; a través de las paredes de los recipientes se establecerá un flujo de energía calorífica y, pasado un tiempo, estos llegarán a un

equilibrio térmico con el medio ambiente (ver Figura 1).

Con base en el modelo de equilibrio térmico planteado con anterioridad, ¿Qué pasará si dos recipientes se dejaran separados dentro de una caja de icopor sellada (ver Figura 2) a una temperatura intermedia entre la del agua caliente y la fría?

• Aumentará únicamente la temperatura del agua caliente, porque en sitios cerrados el que cede energía es el cuerpo con menor temperatura.

• Disminuirá la temperatura del agua caliente y de la fría, y aumentará la temperatura de

  la caja, porque el medio absorbe toda la energía del agua.

• Disminuirá únicamente la temperatura del agua fría, porque en sitios cerrados el

  cuerpo que cede energía es el cuerpo con la menor temperatura.

• Aumentará la temperatura del agua fría, porque el cuerpo con mayor temperatura

  siempre cede energía a los cuerpos más fríos

La figura muestra una máquina de Goldberg, que es una máquina de reacción en cadena que se utiliza para completar tareas sencillas. El artefacto funciona con una serie de 5 pasos enumerados. Una pelota se libera en el paso 1, produciendo que un cubo de azúcar llegue a una taza de café en el paso 5, como se muestra a continuación.

De acuerdo con la información anterior, ¿por que es posible que el cubo de azúcar vaya del paso 4 hasta el paso 5?

• Porque la energía potencial almacenada en el cubo de azúcar se convierte en energía cinética.

• Porque debido a que la pelota golpea el balancín se logra que el cubo de azúcar salga volando.

• Porque la inercia del cubo de azúcar es pequeña en comparación con la inercia que tiene el balancín.

• Porque la aceleración del cubo de azúcar es igual a cero antes de que la pelota caiga en el balancín

Se denomina dilatación térmica al incremento de la longitud, del área o del volumen que

experimenta un cuerpo debido al aumento de su temperatura. Una familia decide viajar

a otra ciudad que tiene la misma presión atmosférica de la ciudad donde vive. Al llegar al

destino, ellos observan que los balones de plástico que llevaban han disminuido su

volumen.

Teniendo en cuenta lo anterior, ¿por qué el volumen de los balones disminuye al llegar a

la ciudad de destino?

• Porque la temperatura en la ciudad de destino es mayor que la temperatura de la

  ciudad de origen.

• Porque la temperatura de la ciudad de destino es igual a la temperatura de la ciudad

  de origen.

• Porque la temperatura en la ciudad de destino es menor que la temperatura de la

  ciudad de origen.

• Porque la presión en la ciudad de destino es mayor que la presión de la ciudad de

  origen.

Un grupo de investigadores realizó mediciones de la temperatura promedio anual en una

región, durante 5 años consecutivos. Se observa un aumento de al menos 1 °C en la

temperatura promedio después del quinto año. El grupo quiere conocer los fenómenos que

causaron este aumento de temperatura en la región.

¿Cuál de las siguientes preguntas puede resolverse mediante una investigación, según el

campo de las ciencias naturales?

• ¿Cuál es el efecto del aumento de la temperatura en las finanzas del gobierno de la

  región?

• ¿Cuál será el partido político beneficiado en las próximas elecciones debido al aumento

  de la temperatura?

• ¿El aumento de temperatura ha favorecido el desplazamiento de personas de la región?

• ¿Ha variado la intensidad de luz emitida por el Sol durante los últimos 5 años, lo cual

  causa el aumento de temperatura?

Un globo aerostático sube cada vez que se calienta el aire que contiene en su interior. Esto hace que la densidad del aire en su interior varíe en relación con la densidad del aire en el exterior del globo. Para mantener el globo aerostático en el aire y en reposo, se deben cumplir las condiciones que se muestran en la figura.

Teniendo en cuenta lo anterior, ¿Qué se requiere para que el globo ascienda?

• Aumentar la masa de aire al interior del globo, para que el empuje sea igual al peso.

• Aumentar la temperatura al interior del globo, para que el empuje sea mayor que el peso.

• Igualar las temperaturas en el interior y exterior del globo, para que el peso sea mayor que el empuje.

• Disminuir la temperatura del aire al interior del globo, para que el peso sea mayor

  que el empuje.

Cuando un objeto se sumerge en un líquido, actúan dos fuerzas sobre este: la fuerza de empuje que el líquido ejerce sobre el objeto y el peso del objeto. Dos estudiantes observan que cuando sumergen una bola de tenis y una bola de billar en la piscina, la bola de billar se hunde y la bola de tenis flota. Las fuerzas que actúan sobre las dos pelotas sumergidas se muestran en la figura.

Los estudiantes saben que la fuerza de empuje es mayor que el peso, si la densidad del líquido es

mayor que la del objeto. ¿Cómo son las densidades de las bolas de tenis y de billar, respecto a la

densidad del agua?

• La densidad de la bola de billar y la densidad de la bola de tenis son iguales a la densidad del agua.

• La densidad de la bola de billar es mayor que la del agua, y la densidad de la bola de tenis es menor

  que la del agua.

• La densidad de la bola de billar y la densidad de la bola de tenis son menores que la densidad del

  agua.

• La densidad de la bola de billar es menor que la del agua y la densidad de la bola de tenis es mayor

  que la del agua.

Cuando se sumerge una piedra totalmente en un recipiente con agua (cuya densidad es 1 g/cm3), esta experimenta dos fuerzas: su peso y una fuerza de empuje que la hace “más liviana” y que equivale al peso del agua desalojada por la piedra, como se muestra en la siguiente figura.

¿Cómo es el empuje sobre la piedra si ahora se sumerge totalmente en un recipiente con un líquido cuya densidad es el doble de la del agua (2 g/cm3)?

• El empuje no varía, porque al ser la misma piedra, conserva su volumen y desaloja igual cantidad de agua.

• El empuje disminuye, porque al ser el líquido más denso, se desalojará menor cantidad el

  mismo y su peso será menor.

• El empuje aumenta, porque el volumen de líquido desalojado se mantiene y al ser más denso, pesará más.

• El empuje no varía, porque este no depende de la densidad del líquido y la piedra no cambia

  de volumen.

El modelo representa la relación entre, la altura y la cantidad de partículas de aire.

Una olla con agua hierve a una temperatura de 100 °C, cuando la altura es 0 km. Teniendo en cuenta que el punto de ebullición corresponde a la temperatura a la cual la presión de vapor del gas iguala la presión atmosférica, si se pone a calentar la misma cantidad de agua a una altura de 25 km, puede afirmarse que el agua

• hierve a una temperatura menor que 100 °C, porque la presión es menor en esta altura.
  

• hierve a una temperatura mayor que 100 °C, porque la presión es menor en esta altura.
  

• nunca hierve, porque en esta altura hay muy poca cantidad de aire.
  

• se congela, porque al no haber aire el agua pasará a estado sólido.