🇲🇽 EXANI-IISemana 9 · 20 preguntas

Tema W09

Bundle W09 de Ciencias Naturales para Grado 11 en México (SEP NEM Mexico 2026 / EXANI-II / COMIPEMS Ciencias Naturales): 20 preguntas con explicación pedagógica.

Alineación: SEP NEM Mexico 2026 / EXANI-II / COMIPEMS Ciencias Naturales

MX-CIE-11-2026-W09-termodinamica-basica-calor-temperatura-leyes-001-MASTERY-bundle

Pregunta 1

Bloom: Remember

En un laboratorio de física en la CDMX, se convierte una temperatura de 25 °C a la escala absoluta Kelvin.

¿Cuál es el valor equivalente en Kelvin (K)?

Elige una opción para comprobar tu respuesta.

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Respuesta correcta: A) 298.15 K

  • A) 298.15 K¡Correcto! T(K) = t(°C) + 273.15 = 25 + 273.15 = 298.15 K.
  • B) 248.15 KIncorrecto. Se restó 25 en lugar de sumar.
  • C) 300.00 KIncorrecto. Redondeo inexacto sin considerar los decimales.
  • D) -248.15 KIncorrecto. La escala Kelvin no admite valores negativos en sistemas físicos.

💡 Explicación

La conversión de Celsius a Kelvin se realiza sumando 273.15: T = 25 + 273.15 = 298.15 K.

Pregunta 2

Bloom: Remember

Se colocan dos bloques de metal A (a 80 °C) y B (a 20 °C) en contacto térmico dentro de un recipiente aislado.

¿Qué ocurre con el flujo de calor y qué principio rige la igualdad final de temperaturas?

Elige una opción para comprobar tu respuesta.

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Respuesta correcta: B) El calor fluye del bloque A al B hasta alcanzar el equilibrio térmico (Ley Cero)

  • A) El frío fluye del bloque B al A aumentando la temperatura de AIncorrecto. El frío no es una entidad física; el flujo es siempre de energía térmica (calor).
  • B) El calor fluye del bloque A al B hasta alcanzar el equilibrio térmico (Ley Cero)¡Correcto! El calor fluye espontáneamente del cuerpo de mayor a menor temperatura hasta igualarse en equilibrio térmico.
  • C) El calor fluye del bloque B al A por convección magnéticaIncorrecto. El calor se transfiere de mayor a menor energía térmica.
  • D) Ambos bloques duplican su temperatura inicial a 160 °CIncorrecto. Violación de la conservación de la energía.

💡 Explicación

La Ley Cero y la 2ª Ley de la Termodinámica establecen que el calor fluye del sistema más caliente al más frío hasta igualar sus temperaturas (equilibrio térmico).

Pregunta 3

Bloom: Understand

Se suministran 4184 Joules de calor a 100 gramos de agua líquida (Capacidad calorífica específica c = 4.184 J/g·°C).

¿En cuántos grados Celsius (°C) aumentará la temperatura del agua?

Elige una opción para comprobar tu respuesta.

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Respuesta correcta: C) 10 °C

  • A) 1 °CIncorrecto. Correspondería a suministrar 418.4 Joules.
  • B) 100 °CIncorrecto. Llevaría el agua a su punto de ebullición.
  • C) 10 °C¡Correcto! Q = m c ΔT -> ΔT = Q / (m c) = 4184 / (100 4.184) = 4184 / 418.4 = 10 °C.
  • D) 4.184 °CIncorrecto. Confusión con el valor del calor específico del agua.

💡 Explicación

De la fórmula de calor sensible Q = m c ΔT, despejamos ΔT = Q / (m c) = 4184 / (100 * 4.184) = 10 °C.

Pregunta 4

Bloom: Understand

En un cilindro provisto de un émbolo móvil, un gas absorbe 500 J de calor y realiza un trabajo de expansión de 200 J sobre el entorno.

¿Cuál es el cambio en la energía interna (ΔU) del gas según la Primera Ley de la Termodinámica?

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Respuesta correcta: D) +300 Joules

  • A) +700 JoulesIncorrecto. Ocurriría si el entorno realizara trabajo comprimiendo el gas (+W).
  • B) -300 JoulesIncorrecto. Confusión en el signo de la absorción de calor.
  • C) -700 JoulesIncorrecto. Resta invertida de los términos.
  • D) +300 Joules¡Correcto! ΔU = Q - W = +500 J - (+200 J) = +300 J.

💡 Explicación

La Primera Ley de la Termodinámica expresa la conservación de la energía: ΔU = Q - W. ΔU = 500 J - 200 J = +300 J.

Pregunta 5

Bloom: Understand

Un motor térmico absorbe 1000 J de calor de una fuente caliente y realiza 400 J de trabajo mecánico neto por ciclo.

¿Cuál es la eficiencia térmica (η) del motor y cuánto calor desecha a la fuente fría?

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Respuesta correcta: A) Eficiencia = 40%; Calor desechado = 600 Joules

  • A) Eficiencia = 40%; Calor desechado = 600 Joules¡Correcto! η = (W / Qc) 100 = (400 / 1000) 100 = 40%. Qf = Qc - W = 1000 - 400 = 600 J.
  • B) Eficiencia = 60%; Calor desechado = 400 JoulesIncorrecto. Se invirtió la relación entre trabajo y calor desechado.
  • C) Eficiencia = 100%; Calor desechado = 0 JoulesIncorrecto. Violación directa del Enunciado de Kelvin-Planck de la Segunda Ley.
  • D) Eficiencia = 25%; Calor desechado = 750 JoulesIncorrecto. Cálculo equivocado de la fracción de trabajo.

💡 Explicación

Eficiencia η = W / Qc = 400 / 1000 = 0.40 (40%). El calor rechazado a la fuente fría es Qf = Qc - W = 1000 - 400 = 600 J.

Pregunta 6

Bloom: Apply

Se derriten 50 g de hielo a 0 °C para convertirlo en agua líquida a 0 °C (Calor latente de fusión Lf = 334 J/g).

¿Cuánto calor latente Q se requiere transferir durante este cambio de fase isotérmico?

Elige una opción para comprobar tu respuesta.

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Respuesta correcta: B) 16700 Joules (16.7 kJ)

  • A) 334 JoulesIncorrecto. Correspondería a fundir sólo 1 gramo de hielo.
  • B) 16700 Joules (16.7 kJ)¡Correcto! Q = m Lf = 50 g 334 J/g = 16700 J = 16.7 kJ.
  • C) 6.68 JoulesIncorrecto. División errónea de la masa entre Lf.
  • D) 0 Joules porque la temperatura no cambiaIncorrecto. Los cambios de fase son isotérmicos pero requieren absorción de calor latente.

💡 Explicación

Durante un cambio de fase la temperatura permanece constante. El calor latente absorbido es Q = m Lf = 50 g 334 J/g = 16700 J.

Pregunta 7

Bloom: Apply

Se comprime un gas ideal de manera isotérmica (temperatura constante T) reduciendo su volumen a la mitad.

¿Qué sucede con la presión P del gas según la Ley de Boyle?

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Respuesta correcta: C) La presión se duplica (2 * P)

  • A) La presión se reduce a la mitad (P / 2)Incorrecto. Inversión del comportamiento de la presión.
  • B) La presión se cuadruplica (4 * P)Incorrecto. La relación es inversamente proporcional lineal, no cuadrática.
  • C) La presión se duplica (2 * P)¡Correcto! En un proceso isotérmico P1 V1 = P2 V2. Si V2 = V1 / 2, entonces P2 = 2 * P1.
  • D) La presión permanece constanteIncorrecto. Correspondería a un proceso isobárico.

💡 Explicación

La Ley de Boyle establece que a temperatura constante P es inversamente proporcional a V (P ∝ 1/V). Reducir el volumen a la mitad duplica la presión.

Pregunta 8

Bloom: Apply

Un gas ideal realiza un proceso isobárico (presión constante P = 2 x 10⁵ Pa) expandiéndose de V1 = 0.01 m³ a V2 = 0.04 m³.

¿Cuánto trabajo W realiza el gas durante esta expansión?

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Respuesta correcta: D) 6000 Joules (6 kJ)

  • A) 2000 JoulesIncorrecto. Multiplicación por V1 exclusivamente.
  • B) 8000 JoulesIncorrecto. Multiplicación por V2 exclusivamente.
  • C) 0 JoulesIncorrecto. El trabajo es nulo en procesos isocóricos (volumen constante), no en isobáricos.
  • D) 6000 Joules (6 kJ)¡Correcto! W = P ΔV = 2 x 10⁵ Pa (0.04 - 0.01) m³ = 200000 * 0.03 = 6000 J = 6 kJ.

💡 Explicación

En un proceso isobárico el trabajo de expansión es W = P ΔV = 2 x 10⁵ Pa (0.04 - 0.01) m³ = 2 x 10⁵ 0.03 = 6000 J.

Pregunta 9

Bloom: Understand

Se enuncia la Tercera Ley de la Termodinámica referente al comportamiento de la entropía.

¿Qué establece la Tercera Ley de la Termodinámica cuando la temperatura de un cristal perfecto se aproxima al Cero Absoluto (0 K)?

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Respuesta correcta: A) La entropía de un cristal puro y perfecto se aproxima exactamente a cero

  • A) La entropía de un cristal puro y perfecto se aproxima exactamente a cero¡Correcto! A 0 K el orden microatómico es absoluto y la entropía S es exactamente 0.
  • B) La energía interna del sistema tiende a infinitoIncorrecto. La energía térmica se reduce al mínimo de punto cero.
  • C) La presión del sistema se vuelve infinitamente grandeIncorrecto. En un cristal rígido la presión tiende a cero o se estabiliza.
  • D) El volumen del cristal se duplica por congelación extremaIncorrecto. El volumen se contrae y estabiliza a 0 K.

💡 Explicación

La Tercera Ley establece que al acercarse la temperatura de un sistema al Cero Absoluto (0 K), la entropía de un cristal perfecto alcanza un valor constante igual a cero.

Pregunta 10

Bloom: Understand

Se analiza la transmisión de calor por conducción en una barra metálica.

¿Cuál es el mecanismo microscópico fundamental de la conducción térmica en sólidos metálicos?

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Respuesta correcta: B) Transferencia de energía cinética por colisiones moleculares y migración de electrones libres

  • A) Transporte de masa debido a corrientes de densidad en fluidosIncorrecto. Esta es la descripción del mecanismo de Convección.
  • B) Transferencia de energía cinética por colisiones moleculares y migración de electrones libres¡Correcto! La conducción ocurre mediante choques entre átomos contiguos y la rápida difusión de electrones libres.
  • C) Emisión de ondas electromagnéticas infrarrojas en el vacíoIncorrecto. Esta es la descripción del mecanismo de Radiación.
  • D) Fisión nuclear continua de los átomos de la redIncorrecto. La conducción no altera las estructuras nucleares.

💡 Explicación

La conducción térmica en metales se realiza por choque directo entre redes cristalinas vibrantes y principalmente por el mar de electrones libres.

Pregunta 11

Bloom: Analyze

Una máquina de Carnot opera entre una fuente caliente a 600 K y un sumidero frío a 300 K.

¿Cuál es la eficiencia máxima teórica de Carnot (η_Carnot) de esta máquina?

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Respuesta correcta: C) 50%

  • A) 100%Incorrecto. Imposible alcanzar el 100% a menos que la fuente fría estuviera a 0 K.
  • B) 25%Incorrecto. Ocurriría si la fuente fría estuviera a 450 K.
  • C) 50%¡Correcto! η_Carnot = 1 - (Tf / Tc) = 1 - (300 / 600) = 1 - 0.5 = 0.50 (50%).
  • D) 75%Incorrecto. Ocurriría si la fuente fría estuviera a 150 K.

💡 Explicación

La máxima eficiencia térmica posible viene dada por el ciclo ideal de Carnot: η = 1 - (Tf / Tc) = 1 - (300 / 600) = 0.50 = 50%.

Pregunta 12

Bloom: Analyze

Se transfieren 1200 J de calor de forma reversible a un bloque de cobre mantenido a una temperatura constante de 300 K.

¿Cuál es el cambio de entropía (ΔS) del bloque de cobre?

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Respuesta correcta: D) +4.0 J/K

  • A) +360000 J/KIncorrecto. Se multiplicó la energía por la temperatura.
  • B) +0.25 J/KIncorrecto. Inversión de los términos de la división.
  • C) 0 J/KIncorrecto. La entropía cambia cuando hay transferencia neta de calor en un proceso.
  • D) +4.0 J/K¡Correcto! ΔS = Q_rev / T = +1200 J / 300 K = +4.0 J/K.

💡 Explicación

El cambio de entropía para un proceso isotérmico reversible es ΔS = Q / T = 1200 J / 300 K = +4.0 J/K.

Pregunta 13

Bloom: Analyze

Se evalúa la expansión adiabática de un gas ideal en un recipiente aislado térmicamente (Q = 0).

¿Qué sucede con la temperatura T y la energía interna U del gas durante la expansión adiabática?

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Respuesta correcta: A) Ambas disminuyen (el gas se enfría porque realiza trabajo a expensas de su energía interna)

  • A) Ambas disminuyen (el gas se enfría porque realiza trabajo a expensas de su energía interna)¡Correcto! En proceso adiabático Q = 0 -> ΔU = -W. Al expandirse (+W), ΔU es negativo (disminuye U y baja T).
  • B) Ambas aumentan considerablementeIncorrecto. Ocurriría durante una compresión adiabática.
  • C) T disminuye pero U aumentaIncorrecto. Para un gas ideal U depende directamente de T (U ∝ T).
  • D) Ambas permanecen estrictamente constantesIncorrecto. Correspondería a una expansión isotérmica.

💡 Explicación

De la 1ª Ley con Q = 0: ΔU = -W. En una expansión (W > 0), ΔU es negativo. Como U ∝ T para gases ideales, el gas se enfría.

Pregunta 14

Bloom: Analyze

Se analiza una pared de ladrillo de 0.2 m de espesor y área A = 10 m². La temperatura interior es de 25 °C y la exterior es de 5 °C (Conductividad térmica k = 0.8 W/m·°C).

¿Cuál es la tasa de transferencia de calor por conducción (H = Q/t) a través de la pared?

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Respuesta correcta: B) 800 Watts

  • A) 400 WattsIncorrecto. Se omitió la diferencia de temperatura real.
  • B) 800 Watts¡Correcto! H = k A (T1 - T2) / L = 0.8 10 (25 - 5) / 0.2 = 8 * 20 / 0.2 = 160 / 0.2 = 800 W.
  • C) 160 WattsIncorrecto. Se omitió dividir entre el espesor L.
  • D) 80 WattsIncorrecto. División errónea de los factores.

💡 Explicación

Por la ley de Fourier de conducción: H = k A (ΔT / L) = 0.8 10 (20 / 0.2) = 8 * 100 = 800 W.

Pregunta 15

Bloom: Apply

Un recipiente rígido e indeformable (volumen constante V) contiene 2 moles de un gas ideal monoatómico a 300 K (Cv = 3/2 R, R = 8.314 J/mol·K).

¿Cuánto calor Q se requiere suministrar para elevar su temperatura a 400 K en este proceso isocórico?

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Respuesta correcta: C) 2494.2 Joules

  • A) 4157.0 JoulesIncorrecto. Correspondería a usar Cp (proceso isobárico) en lugar de Cv.
  • B) 1662.8 JoulesIncorrecto. Se usó Cv = R en lugar de 3/2 R.
  • C) 2494.2 Joules¡Correcto! En proceso isocórico Q = n Cv ΔT = 2 (1.5 8.314) (400 - 300) = 2 12.471 * 100 = 2494.2 J.
  • D) 0 JoulesIncorrecto. En proceso isocórico el trabajo W = 0, pero la transferencia de calor Q > 0.

💡 Explicación

A volumen constante W = 0, por lo que Q = ΔU = n Cv ΔT = 2 (1.5 8.314) * 100 = 2494.2 J.

Pregunta 16

Bloom: Apply

Se calcula la emisividad espectral de un cuerpo negro ideal (e = 1.0) de área A = 2 m² a una temperatura de 1000 K (Constante de Stefan-Boltzmann σ = 5.67 x 10⁻⁸ W/m²·K⁴).

¿Cuál es la potencia total radiada P según la Ley de Stefan-Boltzmann?

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Respuesta correcta: D) 113400 Watts (113.4 kW)

  • A) 56700 WattsIncorrecto. Se omitió multiplicar por el área A = 2 m².
  • B) 113.4 WattsIncorrecto. Error al elevar la temperatura a la cuarta potencia.
  • C) 226800 WattsIncorrecto. Se multiplicó por un factor 2 innecesario.
  • D) 113400 Watts (113.4 kW)¡Correcto! P = e σ A T⁴ = 1.0 5.67 x 10⁻⁸ 2 (1000)⁴ = 11.34 x 10⁻⁸ * 10¹² = 113400 W.

💡 Explicación

La Ley de Stefan-Boltzmann establece P = e σ A T⁴ = 1.0 5.67x10⁻⁸ 2 * (10¹²) = 113400 W = 113.4 kW.

Pregunta 17

Bloom: Evaluate

Se analiza un gas ideal que realiza un ciclo completo de Carnot cerrado en un diagrama P-V.

¿Cuál es la variación neta de energía interna (ΔU_ciclo) y la variación neta de entropía (ΔS_ciclo) del gas al término de un ciclo completo?

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Respuesta correcta: A) ΔU_ciclo = 0 y ΔS_ciclo = 0

  • A) ΔU_ciclo = 0 y ΔS_ciclo = 0¡Correcto! U y S son funciones de estado. Al regresar al estado inicial en cualquier ciclo reversible cerrado, el cambio de cualquier función de estado es estrictamente nulo.
  • B) ΔU_ciclo > 0 y ΔS_ciclo > 0Incorrecto. Implicaría una acumulación indefinida de energía interna en un ciclo cerrado.
  • C) ΔU_ciclo = 0 pero ΔS_ciclo > 0Incorrecto. En un ciclo reversible ideal de Carnot la entropía del sistema cerrado no cambia.
  • D) ΔU_ciclo < 0 y ΔS_ciclo < 0Incorrecto. Las funciones de estado no disminuyen tras completar un ciclo cerrado.

💡 Explicación

Como la energía interna U y la entropía S son propiedades o funciones de estado, su cambio en cualquier proceso cíclico cerrado es cero (ΔU = 0 y ΔS = 0).

Pregunta 18

Bloom: Evaluate

Se demuestra la relación entre las capacidades caloríficas molares de un gas ideal: Cp - Cv = R (Relación de Mayer).

¿Por qué la capacidad calorífica a presión constante (Cp) es siempre mayor que la capacidad calorífica a volumen constante (Cv)?

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Respuesta correcta: B) Porque a presión constante parte del calor suministrado se consume en realizar trabajo de expansión (P·ΔV), requiriendo más calor para elevar la misma temperatura

  • A) Porque a presión constante la masa del gas aumenta por absorción de aire exteriorIncorrecto. La masa del gas en un sistema cerrado se mantiene constante.
  • B) Porque a presión constante parte del calor suministrado se consume en realizar trabajo de expansión (P·ΔV), requiriendo más calor para elevar la misma temperatura¡Correcto! A volumen constante todo el calor va a aumentar la energía interna. A presión constante el gas se expande realizando trabajo W = PΔV.
  • C) Porque el calor específico Cv depende exclusivamente del peso molecularIncorrecto. Cp difiere de Cv debido al trabajo de expansión realizado.
  • D) Porque a volumen constante la entropía del gas se vuelve negativaIncorrecto. La entropía no se vuelve negativa por mantener fijo el volumen.

💡 Explicación

A presión constante, el calor absorbido realiza trabajo de expansión además de elevar la temperatura (Qp = ΔU + W). Por ello Cp = Cv + R.

Pregunta 19

Bloom: Evaluate

Se evalúa la distribución de velocidades moleculares de Maxwell-Boltzmann para un gas ideal a dos temperaturas T1 y T2 (donde T2 > T1).

¿Cómo cambia la curva de distribución de probabilidad de velocidad molecular al aumentar la temperatura de T1 a T2?

Elige una opción para comprobar tu respuesta.

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Respuesta correcta: C) El pico máximo se desplaza hacia velocidades más altas y la curva se ensancha y aplana

  • A) El pico se desplaza hacia la izquierda a velocidades menores y se elevaIncorrecto. Ocurriría si la temperatura disminuyera.
  • B) La curva permanece idéntica en forma y posiciónIncorrecto. La distribución de velocidades depende fuertemente de la temperatura.
  • C) El pico máximo se desplaza hacia velocidades más altas y la curva se ensancha y aplana¡Correcto! A mayor T la velocidad más probable vmp aumenta, pero la fracción de moléculas en el pico disminuye para mantener el área bajo la curva igual a 1.
  • D) Todas las moléculas adquieren exactamente la misma velocidad uniformeIncorrecto. Las colisiones continuas mantienen una distribución estadística estocástica.

💡 Explicación

Al elevar T, la velocidad cuadrática media y la velocidad más probable se desplazan a la derecha, aplanando la curva para conservar la integral de probabilidad normalizada.

Pregunta 20

Bloom: Evaluate

Se considera un proceso irreversible en un sistema aislado (como la mezcla espontánea de dos gases ideales a diferente presión).

¿Qué establece la Segunda Ley de la Termodinámica sobre el cambio de entropía total del universo (ΔS_universo) para cualquier proceso irreversible real?

Elige una opción para comprobar tu respuesta.

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Respuesta correcta: D) La entropía total del universo siempre aumenta (ΔS_universo > 0)

  • A) La entropía total del universo permanece estrictamente constante (ΔS_universo = 0)Incorrecto. Esto sólo ocurre en procesos ideales totalmente reversibles.
  • B) La entropía total del universo disminuye continuamente (ΔS_universo < 0)Incorrecto. Violación directa del Principio de Aumento de Entropía.
  • C) La entropía del universo fluctúa aleatoriamente haciéndose nulaIncorrecto. La tendencia termodinámica de sistemas aislados es el aumento irreversible de entropía.
  • D) La entropía total del universo siempre aumenta (ΔS_universo > 0)¡Correcto! En cualquier proceso natural irreversible el cambio de entropía del universo es estrictamente positivo.

💡 Explicación

La Segunda Ley establece que para todo proceso real e irreversible ΔS_universo = ΔS_sistema + ΔS_entorno > 0 (Principio de aumento de entropía).

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