Examen de Física Aplicada a Farmacia UB 2021 · Avaluació continuada de Física Aplicada a Farmàcia (Gener 2021)

Pregunta 1 (5 punts). Cabal d'administració intravenosa

A un pacient se li administra una solució de nutrients per via intravenosa amb una densitat de $\rho = 1.030\text{ kg/m}^3$. Si el volum total administrat és de $9{,}1\cdot 10^{-4}\text{ m}^3$ cada 6 h, determineu:

a.

El cabal volumètric administrat (en unitats del SI).

b.

El cabal màssic corresponent.

Pregunta 2 (5 punts). Flotabilitat d'un bloc d'acer en mercuri i aigua

Un bloc cúbic d'acer ($\rho_{\text{acer}} = 7{,}8\cdot 10^3\text{ kg m}^{-3}$) sura en una cubeta amb mercuri ($\rho_{\text{Hg}} = 13{,}6\cdot 10^3\text{ kg m}^{-3}$).

a.

Determineu quina fracció del volum del cos queda per sobre del nivell del mercuri (no submergida).

b.

A continuació, s'afegeix aigua per sobre del mercuri fins que el bloc queda completament cobert pel conjunt dels dos líquids. Trobeu quina fracció del volum del bloc roman submergida en el mercuri.

Pregunta 3 (5 punts). Procés cíclic d'un gas ideal

Una mostra de gas ideal experimenta una transformació cíclica mitjançant la qual efectua $400\text{ J}$ de treball net cap a l'exterior.

a.

En acabar el cicle, la temperatura del gas és superior, inferior o igual a la inicial? Raoneu la resposta.

b.

S'ha transferit calor cap a l'interior o cap a l'exterior del sistema al llarg del cicle complet? Quina és la quantitat d'aquesta calor?

Pregunta 4 (5 punts). Rendiment i transferència de calor en una màquina de Carnot

Un motor tèrmic reversible de Carnot opera amb un rendiment del 0,60 i el seu focus fred es troba a una temperatura de 300 K.

a.

Quina temperatura té el focus calent?

b.

Si en cada cicle la màquina produeix 300 J de treball, quina quantitat de calor s'absorbeix del focus calent per cicle?

c.

Quina calor es desprèn cap al focus fred a cada cicle?

Problema 1 (10 punts). Descàrrega d'un dipòsit a través d'una canonada

La figura mostra un dipòsit obert a l'atmosfera que descarrega aigua a través d'una canonada horitzontal situada a la part inferior:

Als punts 2 i 3 de la canonada, les seccions transversals són de $480\text{ cm}^2$ i $160\text{ cm}^2$, respectivament. La superfície lliure de l'aigua (punt 1) es troba a $10\text{ m}$ d'alçada respecte a terra, mentre que la canonada de sortida se situa a $2\text{ m}$ d'alçada. La pressió atmosfèrica exterior és d'$1\text{ bar} = 10^5\text{ Pa}$. Calculeu:

a.

El cabal d'aigua que surt pel punt 3.

b.

La pressió manomètrica de l'aigua al punt 2 de la canonada.

Problema 2 (10 punts). Cicle termodinàmic de tres etapes amb gas heli

Es disposa d'un gas heli ($\gamma = 1{,}67$) en un estat inicial 1 definit per una pressió $P_1 = 16\text{ bar}$, un volum $V_1 = 1\text{ L}$ i una temperatura $T_1 = 600\text{ K}$.

El gas s'expandeix isotèrmicament fins a un volum $V_2 = 4\text{ L}$ (estat 2). Tot seguit, es comprimeix a pressió constant (procés isobàric) fins a un estat 3 tal que una compressió adiabàtica reversible posterior torna el gas directament al seu estat inicial 1 (vegeu el diagrama):

Considerant que totes les etapes són reversibles, determineu:

a)

El volum i la temperatura del gas a l'estat 3 (després de la compressió isobàrica).

b)

El treball posat en joc en cadascuna de les tres etapes i el treball net del cicle. (Criteri termodinàmic $W = -\int P\,dV$):

c)

El rendiment tèrmic del cicle:

(adimensional o expressat en %)