Ley Cero de la Termodinamica

1. Qué propiedades de la materia dependen de la temperatura?
-Punto de Fusión
-Punto de ebullición
-Densidad

2. A que se le llama equilibrio térmico?
Al poner en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energía al de menos temperatura hasta que sus temperaturas se igualan.

3. Qué es un aislante ideal?
Todos los niveles de la banda de valencia estan ocupados, la banda esta llena y no contribuye a la conducción , y la banda de conducción esta vacia.

4. Dibujar un sistema que representa a la Ley cero de la Termodinamica, indicando el equilibrio térmico.

5. Cúando se dice que dos sistemas están en equilibrio térmico?
Un estado en el cual dos coordenadas termodinámicas independientes X e Y permanecen constantes mientras no se modifican las condiciones externas se dice que se encuentra en equilibrio térmico. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico se dice que tienen la misma temperatura. Entonces se puede definir la temperatura como una propiedad que permite determinar si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otro sistema.

6.- Porqué cuando una enfermera toma la temperatura de un paciente espera que la lectura del termómetro deje de cambiar?
La temperatura del cuerpo varía según el medio. La temperatura interna o central del cuerpo es regulada de forma precisa y se conserva dentro de límites muy estrechos. Por lo tanto al tomar la temperatura una enfermera espera que la lectura del termómetro deje de cambiar para lograr un equilibrio térmico entre el calor del cuerpo y el ambiente.

7.- Mencione tres tipos de dispositivos que miden la temperatura
-Termómetro infrarrojo
-Termómetro de vidrio
-Termómetro termopar

8.- ¿Cuál es la temperatura de congelación del agua en °F?
32 °F

9.- Calcular la temperatura Fahrenheit del planeta Venus si en grados Celsius corresponde a 460 ° C.
F= 1.8 (° C) +32
(1.8)(460°C)+ 32 = 860 °F

10.- Encontrar la temperatura en la que coinciden las escalas Fahrenheit y Celsius.

-40 Celsius
-40 Farenheit

11. La temperatura de la corona solar es de 2 x 107 °C, y la temperatura a la que el helio se licua a presion estandar es de 268.93 °C.

a) Expresar estas temperaturas en kelvin
K=C+273
K= (2 x 107 °C) + 273 =20000273 °K
K= (268.93 °C) +273= 541.93 °K

b) Explicar por que suele usarse la escala kelvin
La escala kelvin suele usarse solo para experimentos de temperatura de tipo científico.
El kelvin es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. William Thomson, quien más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

12.- Dos vasos de agua A, B estan inicialmente a la misma temperatura. La temperatura del agua del vaso se aumenta 10°F y la del vaso B 10 °K. ¿ cual vaso esta ahora a mayor temperatura?

°C= °F – 32 / 1.8
°C = 10°F – 32 / 1.8
°C= -12.22 10° C
°C = k-273
°C = 10 °K – 273 = -263 °C

El vaso A sigue estando a mayor temperatura.

Unidad 3-Problemas

1. Una bobina rectangular de 50 vueltas y dimensiones de 5cm. x 10cm se deja caer desde una posicion donde B= 0 hasta una nueva posición donde B=0.5 T y se dirige perpendicularmente al plano de la bobina. Calcule la magnitud de la fem promedio inducida en la bobina si el desplazamiento ocurre en 0.25 s

ØB= (B2-B1) l= (0.5T -0T) (0.005m)2 = 0.0025 Tm2

/ε/= NAØB/ AT = 50 (0.0025Tm2)/ 0.25 s = 0.5 volts

2. Una bobina circular de alambre de 25 vueltas tiene un diametro de 1m. La bobina se coloca con su eje a lo largo de la dirección de campo magnético de la tierra de 50µT, y luego, en 0.2s, se gira 180 º. Cual es la fem promedio generada en la bobina?
ε = -N ΔBA Cos θ /Δt = -NB πr2 (Cos θt - Cos θ) / Δt

ε = -25 (50x10-6 T) π (0.5m)2 (Cos 180 - Cos 0) / 0.2 s = 9.82 µ V

3. Un anillo de aluminio con un radio de 5cm y una resistencia de 3x10-4 ohms se coloca sobre la parte superior de un largo solenoide con núcleo de aire , 1000 vueltas por metro y un radio de 3cm, como se indica en la figura . Suponga que la componente axial del campo producido por el solenoide sobre el área del extremo del solenoide es la mitad de intensa que en el centro del solenoide. Suponga que el solenoide produce un campo despreciable afuera de su área de sección transversal. a) Si la corriente en el solenoide esta aumentando a razón de 270 A/s. ¿ cúal es la corriente inducida en el anillo?

/ ε/ = d(BA) /dt = 0.5 µ0 nA dI/ dt = 0.48x10-3 volts
I anillo= ε /R = 4.8x10-4 / 3x10-4 =1.6 A

b) En el centro del anillo ¿ cual es el campo magnético producido por la corriente inducida en el anillo?

B anillo = µ0 I / 2r anillo = 20.1 µT
c) ¿ Cúal es la dirección de este campo?
Hacia arriba

4. En la figura, encuentre la corriente que atraviesa la sección PQ la cual tiene una longitud a= 65 cm. El circuito se localiza en un campo magnético cuya magnitud varía con el tiempo de acuerdo con la expresión B= 1x10-3 T/s. Suponga que la resistencia por longitud del alambre es 0.1 ohm/m.

5.- Una bobina que se enrolla con 50 vueltas de alambre en la forma de un cuadrado se coloca en un campo magnetico de modo que la normal al plano de la bobina forme un angulo de 30 grados con la direccion del campo cuando el campo magnetico se incrementa uniformemente de 200 uT a 600uT. En 0.4 s. Una fem de 80 mv de magnitud se induce en la bobina ¿cual es la longitud total del alambre?
ε= d/dt (NBl2 Cosθ) = Nl2 ΔB Cosθ / Δt

l = √εΔt/ N ΔBCosθ = √(80x10-3V)(0.4s)/ 50(600x10-6 T -200x10-6 T) Cos 30
= 1.36 m

Distancia= 4lN= 4(1.36m)50= 272m

6. .-Una bobina circular que encierra una area de 100m2 esta integrada por 200 vueltas de alambre de cobre, al principio un campo magnetico uniforme de 1.10 T. apunta perpendicularmente hacia arriba a traves del plano de la bobina. la direccion del campo se invierte despues durante el tiempo que el campo esta cambiando su direccion. ¿ cuanta carga fluye a traves de la bobina si R= 5 homs?

7. Una bobina rectangular con resistencia R tiene N vueltas, cada una de longitud L y ancho w, la bobina se mueve dentro de un campo magnetico uniforme B a velocidad V ¿ cuales son la magnitud y direccion de la fuerza resultante sobre la bobina? a) Cuando esta entra al campo magnético, b) Cuando se mueve dentro del campo magnético, c) Cuando sale del campo.


8. Dos rieles que tienen resistencia despreciables estan separados a 10 cm por medio de un resitor de 5 homs. el circuito contiene tambien dos barras metalicas con resistencia de 10 homs y 15 homs que se desliza a lo largo de los rieles. Las barras se alejan del resitor con rapidez constante de 4m/s y 2 m/s respectivamente. se aplica un campo magnetico uniforme de 0.01 T de magnitud perpendicular al plano de los rieles, determine la corriente en el resistor de 5 homs.

9. Una bobina de 0.100m2 de area esta girando a 60 rev/s con el eje de rotacion perpendicular a un campo magnetico de 0.200 T. a) si hay 1000 vueltas en la bobina ¿cual es el maximo voltaje inducido en el ? b) cuando el maximo voltaje ocurre ¿ cual es la orientacion de la bobina repecto del campo magnetico?

10. Un largo solenoide, cuyo eje coincide con el eje x consta de 200 vueltas por metro de alambre que conduce una corriente estable de 15A. se forma una bobina enrollando 30 vueltas de lambre delgado alrededor de un armazon circular que tiene un radio de 8 cm. la bobina se supone dentro del solenoide y se monta sobre un eje que esta a un diametro de la bobina y coincide con el eje y, despues de la bobina se hace girar con una rapidez angular de 4 (3.1416) rad/s. el plano de la bobina esta en el plano yz en t=0. Determine la fem desarrollada en la bobina como funcion del tiempo.

11. En el ecuador cerca de la superficie de la tierra, el campo magnetico es aproximadamente de 50 homs/T. con direccion norte y el campo electrico es cercano a 100 N/C hacia abajo en clima favorable encuentre la fuerza gravitacional, electrica y magentica sobre un electron que se mueve a una velocidad instantanea de 6 x 10 6 m/s en direccion este en dicho ambiente.

12. Un alambre conduce una corriente estable de 2.40 A una seccion recta del alambre mide 0.750 m de largo y se encuentra a lo largo del eje x dentro de un campo magnetico uniforme de magnitud b= 160 T en la direccion x positiva si la corriente esta en la direccion +x ¿ cual es la fuerxa magnetica sobre la seccion positiva del alambre?

13. Una corriente de 1.70 mA se mantiene en una espira de circuito individual de 2 m de circunferencia un campo magnetico de 0.8 T se dirige paralelo al plano de la espira a) calcule el momento magnetico de la espira b) ¿cual es el momento de torsion ejercido sobre la espira por el campo magnetico?

14. Un alambre de 40 cm de largo conduce una corriente de 20 A se dobla en una espira y se coloca con su normal perperdicular a un campo magnetico con una intensidad de 0.520 T. ¿ cual es el momento de torsión sobre la espira si se dobla en la forma de a) Un triángulo equilatero b) Un cudrado c) Un circulo d) Cual momento de torsion es mas grande?

15. Un ión positivo con una sola carga tiene una masa de 3.20 x 10 -26 kg. despues de que es acelerado desde el reposo a traves de una diferencia de potencial de 833 v. el ion entra en un campo magnetico de 0.920 T. a lo largo de una direccion perpendicular a la direccion del campo. Calcule el radio de la trayectoria del ion en el campo.

13.6 Torque magnetico de un Bucle

13.6 Torque magnético de un lazo

El vector de color amarillo marcado es el momento de dipolo magnético, que se define perpendicular a la cara del bucle con una magnitud dada por el producto actual y de la zona. El tamaño del bucle puede ajustarse arrastrando al bucle.
B= campo magnético
A= area
I= intensidad de corriente
a= ángulo
τ= torsión
M= momento dipolar

Pregunta 1: fuerza magnética en la parte superior del lazo

Si un campo magnético se aplica en la positiva dirección-x, que la fuerza magnética sobre el alambre que comprende la parte superior de la bucle se dirige en el + x,-x, + y,-y, + z,-z o dirección?

-Desde que el campo magnetico esta en la direccion de x, la fuerza magnetica que siempre es perpendicular al campo no puede estar en la direccion de X.

Dado que la actual se encuentra en la-y-dirección, la fuerza magnética, que siempre es perpendicular a la actual, no puede ser y en la dirección.

Dado que la actual esta en la direccion y, y el campo magnetico en la direccion x, entonces la regla de la mano derecha especifica que la fuerza debe de estar en la direccion z.

Asesor
Para determinar la dirección de la fuerza magnética sobre una corriente portadora de alambre, imagine apuntando los dedos de su mano derecha en la dirección de la corriente. Curl los dedos hasta que punto en la dirección del campo magnético. Su pulgar apunta en la dirección de la fuerza magnética sobre el alambre.

Examinar las fuerzas magnéticas que actúan en los demás segmentos de cable del bucle. Compruebe que cada una de estas fuerzas apunta en la dirección predicha por la derecha de la regla.

Pregunta 2: Invertir el campo

Si la dirección del campo magnético se invierte, ¿qué pasará con la dirección de la fuerza magnética sobre cada uno de los cuatro lados del lazo? Compruebe su respuesta por revertir el terreno.

Si el campo magnetico se incrementa positivamente la fuerza magnetica actúa para los lado exteriores del campo donde se encuentra, en cambio si se incremente el campo magnetico negativamente, las fuerzas en z actuan hacia el exterior y las fuerzas en y actúan hacia el interior, en cambuo el campo magnético ca al medio de la figura, hacia adentro.

Pregunta 3: Red de Trabajo sobre el lazo

¿Cuál es la fuerza neta actuando sobre el lazo?

-Las fuerzas en la parte superior e inferior del bucle son iguales en magnitud (porque de igual magnitud actual, la duración y el campo magnético), pero en dirección opuesta, porque de lo contrario las direcciones de las corrientes. Por lo tanto, estas dos fuerzas de suma a cero. Lo mismo es cierto para las fuerzas de las dos partes en el cable de bucle. Por lo tanto, la fuerza neta en el bucle es igual a cero

Asesor
Las fuerzas en la parte superior e inferior del lazo son iguales en magnitud (porque de igual magnitud actual, la duración y el campo magnético), pero en dirección opuesta, porque de lo contrario las direcciones de las corrientes. Por lo tanto, estas dos fuerzas de suma a cero. Lo mismo es cierto para las fuerzas de las dos partes en el cable de bucle. Por lo tanto, la fuerza neta en el bucle es igual a cero


Crear un campo magnético en el + x-dirección.

Pregunta 4: Rotación del Lazo: Fuerzas

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección de las fuerzas magnéticas que actúan en los cuatro segmentos del cable si rota el bucle a un pequeño ángulo positivo? Compruebe su respuesta, girar el lazo a un pequeño ángulo positivo



No se muestra ningún cambio aparente en las magnitud, ni en la dirección de las fuerzas magnéticas, el único cambio se da en la posición del cable.


Pregunta 5: Rotación del Bucle: 90 °

¿Qué va a pasar con la magnitud de la fuerza en la parte superior de alambre cuando el bucle se gira a +90 °? Compruebe su respuesta por girar el bucle a +90 °.



El momento bipolar cambia de posición. La fuerza sigue siendo cero.


Pregunta 6: Rotación del Buje: Más allá de 90 °

¿Qué va a pasar con la magnitud y la dirección de la fuerza en la parte superior de alambre cuando el bucle se gira más allá de +90 °? Compruebe su respuesta por girar el lazo más allá de 90 °.

La fuerza sigue siendo cero.