Física CONCEPTUAL
disco del m i s m o metal q u e t e n g a el m i s m o a u m e n t o
de t e m p e r a t u r a . Los h e r r e r o s m o n t a b a n las llantas
metálicas e n las r u e d a s d e m a d e r a d e las diligencias,
c a l e n t a n d o p r i m e r o esas llantas. Al c o n t r a e r s e prod u c í a n u n ajuste a p r e t a d o .
35. El h u e c o e n el anillo se a g r a n d a r á al calentarlo. Haz
la p r u e b a siguiente: traza u n p a r d e líneas d o n d e
quieras q u e esté el h u e c o . C u a n d o calientes el anillo, las líneas se alejarán, la m i s m a distancia q u e
crecerá el h u e c o real, si estuviera allí. Cada p a r t e del
anillo se dilata e n forma p r o p o r c i o n a l al calentarlo
u n i f o r m e m e n t e : su espesor, su longitud y t o d o .
37. No es la e x c e p c i ó n . C u a n d o se calienta el aire s i s e
dilata. Aunque p u e d e ser q u e la casa se dilate u n p o co, n o lo h a c e lo suficiente p a r a q u e q u e p a t o d o el
v o l u m e n adicional d e aire. Algo del aire se fuga al
exterior. Y c u a n d o enfrías la casa, e n t r a aire e n ella,
d e s d e el exterior.
39. En la fabricación d e u n foco e s i m p o r t a n t e q u e
las t e r m i n a l e s metálicas y el vidrio t e n g a n la mism a rapidez de e x p a n s i ó n térmica. Si las t e r m i n a l e s
se dilatan m á s q u e el vidrio, éste se p u e d e romper.
Si el metal se dilata m e n o s q u e el vidrio al calentarse, el aire e n t r a r á a través de los h u e c o s q u e s e
produzcan.
41. Fue 4 °C.
4 3 . Los á t o m o s y las m o l é c u l a s d e la m a y o r p a r t e d e las
sustancias se e m p a c a n m á s e n los sólidos q u e e n
los líquidos. Entonces, la m a y o r parte d e las sustancias s o n m á s d e n s a s e n la fase sólida q u e e n la fase
líquida. Es el caso del hierro y del a l u m i n i o , así com o la m a y o r p a r t e d e los d e m á s metales. Pero e n el
agua es distinto. La e s t r u c t u r a del a g u a e n fase sólida tiene e s p a c i o s abier tos y el hielo es m e n o s d e n s o
q u e el a g u a e n fase líquida. En c o n s e c u e n c i a , el hielo flota e n el agua.
4 5 . La curva de la densidad en función de la temperatura es:
de las a g u a s s o n iguales, la t e m p e r a t u r a final será
i n t e r m e d i a , 3 0 °C. E n t o n c e s t e r m i n a r í a s c o n 100 g
d e a g u a a 30 ° C .
3. Para a u m e n t a r u n g r a d o la t e m p e r a t u r a d e 10 g m de
c o b r e se r e q u i e r e n 10 x 0.092 = 0.92 calorías, y
p a r a a u m e n t a r l a 100 g r a d o s s e n e c e s i t a n 100 veces
m á s , es decir, 9 2 calorías.
De a c u e r d o c o n la e x p r e s i ó n , Q = mcAT
(0.092 cal/g °C)(100 °C) = 9 2 cal.
= (10 g)
Para calentar 10 g d e a g u a e n e s a diferencia d e t e m p e r a t u r a s se n e c e s i t a n 1000 calorías, m á s d e 10 vec e s m á s q u e p a r a el cobre; es otro recordatorio de
q u e el a g u a tiene u n a c a p a c i d a d calorífica específica
grande.
5. Calor g a n a d o p o r el a g u a = calor p e r d i d o p o r los
clavos
(cm A D
= (cm AT)
a g u a
C
lavos
(l)(100)(r- 20) = (0.12)(100)(40 - T)
el r e s u l t a d o es q u e T = 22.1 ° C .
7. De a c u e r d o c o n la e x p r e s i ó n AL = L aAT =
(1300 m ) ( l l x 1 0 - / °C)(15 °C) = 0.21 m .
Q
6
9. El a l u m i n i o se d i l a t a m á s , d e b i d o a su m a y o r coeficiente d e dilatación lineal. La relación d e los aum e n t o s es igual a las r e l a c i o n e s d e los coeficientes
de e x p a n s i ó n , 2 4 x l 0 / l l x 1 0 = 2.2. Entonces,
p a r a el m i s m o a u m e n t o d e t e m p e r a t u r a , el c a m b i o
de longitud del a l u m i n i o s e r á 2.2 v e c e s m a y o r q u e
el c a m b i o d e longitud del a c e r o .
- 6
- 6
Capítulo 16 Transfeiencia d e calor
Respuestas
a los
ejercicios
1. No, la m a n t a n o e s u n a fuente d e calor, sino sólo
evita q u e la e n e r g í a t é r m i c a del u s u a r i o se disipe rápidamente.
3. C u a n d o las t e m p e r a t u r a s d e los b l o q u e s s o n iguales
a la d e tu m a n o , n o s u c e d e transferencia d e calor. El
calor sólo fluirá e n t r e tu m a n o y lo q u e estés tocando si h a y e n t r e ellos u n a diferencia d e t e m p e r a t u r a s .
Temp
47. Es i m p o r t a n t e evitar q u e se c o n g e l e el a g u a e n las
tuberías, p o r q u e c u a n d o baja la t e m p e r a t u r a del
p u n t o d e congelación, el a g u a se dilata al congelarse, m i e n t r a s q u e el t u b o (si es d e metal) se r o m p e al
n o p o d e r c o n t e n e r al hielo.
49. Los e s t a n q u e s se c o n g e l a r í a n c o n m á s p r o b a b i l i d a d
si el a g u a tuviera m e n o r calor específico. La t e m p e ratura bajaría m á s al c e d e r su energía el agua; el
agua se enfriaría c o n m á s facilidad h a s t a llegar a su
p u n t o de congelación.
Soluciones a los problemas d e l capítulo 15
1. El calor g a n a d o p o r el a g u a del enfriador = calor
perdido p o r el a g u a m á s caliente. C o m o las m a s a s
5. El c o b r e y el a l u m i n i o s o n m e j o r e s c o n d u c t o r e s q u e
el a c e r o inoxidable, y e n c o n s e c u e n c i a se transfiere
m á s calor al interior d e los utensilios.
7. Al tocar c o n la l e n g u a u n metal m u y frío, el calor
p u e d e salir d e a q u é l l a c o n rapidez suficiente c o m o
p a r a q u e la saliva baje a u n a t e m p e r a t u r a m e n o r
q u e cero, y p o r t a n t o se congela, q u e d a n d o p e g a d a
la l e n g u a al metal. En el caso d e la m a d e r a , q u e es
r e l a t i v a m e n t e n o c o n d u c t o r a d e calor, p a s a m u c h o
m e n o s calor d e la l e n g u a y n o s u c e d e la congelación c o n la rapidez suficiente c o m o p a r a q u e s u c e d a
una adhesión repentina.
9. El calor del suelo, q u e está r e l a t i v a m e n t e caliente, es
c o n d u c i d o p o r la losa p a r a fundir la nieve q u e está
t o c á n d o l a . De igual m o d o s u c e d e c o n los árboles, o
c o n c u a l q u i e r material q u e s e a mejor c o n d u c t o r de
calor q u e la nieve, y q u e e n t r e al t e r r e n o .
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