LA SENSACIÓN LUMINOSA Y LAS FUENTES DE LUZ.
Asi como el sentido del oido , como se vio en la acústica , representa con los sonidos , a través de la vista se establece un contacto más amplio con las cosas que nos rodean , que permite distinguir la diversidad de formas , colores , posiciones , movimientos etc.
Si nos hallamaos en un cuarto totalmente a oscuras , por má abiertos que tengamos los ojos, no vemos nada.
¿ Por qué sucede así ? Porque nuestros ojos son impresionados por la luz que emiten los cuerpos.
----Fuentes luminosas---son cuerpos que emiten radiaciones capaces de impresionar el sentido de la vista . La más importante es el sol .Existen fuentes naturales { sol } y artificiales { bujías, lámparas eléctricas , etc. }.
----Cuerpos iluminados--Son los que no producen las radiaciones mencionadas , pero al recibirlas de las fuentes luminosas las reflejaan , por lo que llegan indirectamente.
----Oscuridad---Es la falta de sensación luminosa.
----Fuente puntual .--Es la fuente luminosa cuyas dimensiones son casi nulas con respecto a la distancia hasta los cuerpos que ilumina. Las estrellas más alla del sol son fuentes puntuales.
---- Color de la luz--Es una característica que se tratará más adelante .En general se hablará de luz blanca , excepto cuando se haga la aclaración pertinente.
----Cuerpos opacos .Son los que colocados entre una fuente luminosa y el observador , no permiten recibir ninguna sensación luminosa.
-----Cuerpos transparentes . Son los que , ubicados como los anteriores ,permiten recibir la impresión luminosa , sin modificaciones.
---Cuerpos translucidos ---{ semitransparentes } .So aquellos a través de los cuales se reconoce la luz, pero no la forma de los objetos.
Propagación de la luz.
El conjunto de rayos se denomina haz de rayos.Puede ser Convergente , cuando las direcciones tienen un punto común y el sentido es hacia dicho punto; Divergente , si las direcciones tienen un punto en común , que es el origen de los rayos , y Paralelo , cuando la dirección y el sentido son iguales.
ÓPTICA GEOMÉTRICA Y ÓPTICA FÍSICA.
En los fenómenos de carácter óptico se distingue entre los que se refiere sólo a la radiación como rayo rectilíneo , los cuales forman parte de la óptica geométrica , y los referentes a la naturaleza de la fuente y la velocidad de la radiación , que son los pertenecientes a la óptica física.
La primera estudia la marcha de los rayos de luz y por lo tanto analiza la reflexión y refracción de la luz ,espejos , prismas, lentes y aparatos ópticos.
La segunda estudia la naturaleza de los fenómenos lumínicos .Así se ocupa de la fotometría , la velocidad de la luz, la descomposición de la luz ,los espectros etc.
ÓPTICA GEOMÉTRICA.
LEYES FUNDAMENTALES.
Cuatro son las leyes que rigen el desarrollo de la óptica geométrica.
1 } La propagación de la luz es rectilinea .
2 } Las diversas partes de un haz luminoso son dependientes entre sí.
3 } Ley de reflexión : Cuando un rayo llega a la superficie de separación de dos medios homogéneos
{ rayo incidente } se divide en otros dos , uno de los cuales vuelve al primer medio { rayo reflejado } , manteniéndose en el plano determinado por el incidente y la perpendicular { normal } a la superficie de separación en el punto de incidencia y formado además con la perpendicular un ángulo de reflexión I´ , igual al de incidencia i.
NOTAS:
Se puede considerar que una lente está formada por un gran número de prismas . La refracción depende del ángulo que forma el rayo de luz con la superficie de la lente.
ABERRACIONES :
La aberración cromática es un fenómeno producido por el hecho de que las diversas radiaciones de que se componen la luz blanca , al tener diferentes longitudes de onda { colores } , experimentan también distintos grados de refracción .
LAS LENTES:
Una lupa no es más que una lente . Las lentes forman parte de todos los instrumentos ópticos de manejo habitual { gafas, cámaras fotográficas y telescopios . Existen dos grandes grupos de lentes las que concentran la luz{ convexa o convergentes} y las que concentran luz{ cóncavas o divergentes}
Lentes de los instrumentos ópticos.
El ojo humano se compone de un complejo sistema de lentes , la córnea, el cristalino, y el humor vitreo.
Lupa , gafas, proyector,prismatico , camara de fotografía , faro, microscopio.
La electricidad se encuentra en los átomos.
Los protones del núcleo de un átomo están cargados positivamente, los electrones de carga negativa, se mueven desordenadamente alrededor del núcleo y en general su número es igual al de protones . Estos dos tipos de particulas se atraen y sus cargas se compensan entre si . Si escapan electrones del átomo , éste queda cargado positivamente.
CUATRO FUENTES DE ALIMENTACIÓN DISTINTAS:
Esta fuentes convierten diferentes formas de energía en energía eléctrica.
GENERADOR-----energía mecánica--electricidad.
BATERIA ----------energía quimica --electricidad.
TERMOELEMENTO---calor-- electricidad .
CÉLULA FOTOCONDUCTORA---luz-- electricidad.
NOTA :como se transforma la corriente eléctrica.
{ cable sin corriente} este cable no transporta corriente , por lo que los electrones se mueven al azar.
{ cable con corriente } es un cable por el que circula corriente eléctrica , los electrones se mueven ordenadamente en una dirección determinada.En uno de los conductores los electrones parten de la fuente de tensión, y el otro se mueve hacia ella.
Aparatos eléctricos correspondientes a esas fuentes .
{ transforman la corriente eléctrica en diferentes formas de energía } .
Motor eléctrico---electricidad--energía mecánica.
Electrolisis-----electricidad --energía quimica.
Aparatos calefactores --electricidad --calor.
Lámparas ----electricidad -- luz.
La eléctricidad.
La eléctricidad de los átomos se debe a las particulas cargadas que poseen : protones y electrones , Los electrones pueden escapar de la capa exterior de los átomos y crear asi una corriente eléctrica.
4 } Ley de refracción.
El rayo incidente , al llegar a la superficie de separación , además de dar origen al rayo reflejado , origina el rayo refractado , el cual se mantiene en el mismo plano de incidencia y forma con la normal un ángulo r, que cumple la condición.
sen i
-----= n
sen r
donde n es una constante que depende del par de medios en que se propaga el rayo luminoso.
Cuando la dirección del rayo incidente coincide con la normal a la superficie , el ángulo de incidencia es nulo y por lo tanto también lo son el de reflexión y el de refracción .La dirección del rayo incidente coincide con la prolongación del rayo refractado, y el reflejado vuelve sobre el incidente en sentido contrario.
REVERSIBILIDAD DE LAS TRAYECTORIAS.
Según las leyes fundamentales de la óptica geométrica , se deduce que si un rayo incidente pasa en un momento dado por un punto P y , después de varias reflexiones y refracciones , pasa por otro punto M, en sentido contrario y en la misma dirección pasará luego también por P en sentido contrario que el primero.
REFLEXIÓN DE LA LUZ.
Según la tecera ley {3} , cuando el rayo incidente llega a la superficie de separación de dos medios homogéneos , en el punto de incidencia se descomponen en otros dos ,uno de los cuales vuelve al primer medio { reflejado }.En dicha ley se pueden destacar dos caracteristicas fundamentales.
-------El rayo incidente , la normal y el rayo reflejado están en un mismo plano.
-------El rayo reflejado forma con la normal un ángulo de reflexión igual al de incidencia formado por el rayo incidente y la normal.
Espejos planos : espejo plano es toda superficie plana perfectamente pulida,que refleja la luz.
Campo de un espejo : se llama campo de un espejo con respecto a un punto al espacio ocupado por los rayos reflejados de los incidentes originados en dicho punto.
Espejos en ángulo y espejos paralelos: Tomando dos espejos formando un ángulo menor que un llano, al colocar un cuerpo dentro del ángulo , la imagen reflejada en cada uno actuará como objeto en el otro, originándose un conjunto de imágenes debido a la reflexión múltiple . El proceso se repite hasta que la imagen quede en la zona posterior de los mencionados espejos.
ESPEJOS ESFÉRICOS.
Son los que tienen forma de casquete esférico ,es decir , de una porción de superficie de esfera . Si la superficie pulida es la cara interna del casquete , se trata de un espejo cóncavo . Si es la cara externa , es un espejo convexo.
Se llama radio de curvatura o radio del espejo al radio de la esfera.
El vértice del espejo es el punto medio del casquete. el eje principal es la recta determinada por el centro de la esfera y el vértice del espejo. Es el eje de simetría y , por lo tanto , todos los planos que lo contienen son equivalentes .
Toda recta que pase por el centro y no contenga al vértice es un eje secundario.
En el estudio de los espejos esféricos se aplican las mismas leyes que en la reflexión de espejos planos, remplazando en cada punto de incidencia el espejo curvo por uno plano tangente al anterior ; de esta manera la normal coincidirá siempre con el radio de curvatura , que además será siempre la bisectriz del ángulo formado por los rayos incidentes y reflejado.
Se llama abertura al ángulo que forman los radios que pasan por el contorno del espejo y están en un mismo plano con el eje principal.
Dados un espejo de abertura pequeña y una fuente luminosa sobre el eje principal infinitamente alejada los rayos incidentes serán paralelos y al reflejarse pasarán por el punto F del eje. Este punto recibe el nombre de Foco Principal.
Cuando el haz de rayos paralelos tiene la direccción de un eje secundario, el foco está sobre ese eje y es un secundario .
En los espejos de abertura pequeña , los ejes , secundarios que tienen un punto en común con el espacio formán ángulos pequeños con el eje principal y todos los focos secundarios forman una superficie que se halla incluida en el plano perpendicular al eje principal en el foco principal. Este plano recibe el nombre de plano focal.
REFRACCIÓN DE LA LUZ.
En la 4,{ cuarta } ley de la óptica geométrica se ha hecho referencia al rayo refractado indicando que.
A } Está en un mismo plano con el rayo incidente y la normal a la superficie en el punto de incidencia.
B } Forma con la normal un ángulo de refracción r tal que la razón entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción tiene un valor constante, llamado índice de refracción del segundo medio con respecto al primero.
sen i
n= -----------
sen r
Cuando se trata de una superficie que no es plana , la normal es la recta perpendicular a la tangente de la superficie de separación en el punto de incidencia.
Si el ángulo de refracción es menor que el de incidencia { el rayo refractado se aproxima a la normal }, se dice que el medio { B} es ópticamente más denso que el { A} o más refrigente .Esto no significa que necesariamente el medio { B} sea físicamente más denso, condición que se da en muchas ocasiones, pero no en todas.
Si el rayo incidente coincide con la normal a la superficie no se produce desviación , es decir,
i = o y r=o.
Efectos de la reflexión total .Espejismos.
Cuando el suelo se calienta lo suficiente como para aumentar la temperatura de las capas de aire más cercanas , la densidad de éstas disminuye .En tales circunstancias ,los rayos luminosos sufren una reflexión total, dando origen a una imagen inversa del objeto , ubicada en el mismo punto del eje.
Con este fenómeno se explican los espejismos . Éstos se producen especialmente en los desiertos , donde , debido al calentamiento de la arena , una planta aparenta reflejarse en el agua , cuando en realidad el observador está viendom el objeto y su reflexión en las capas caldeadas.
Pero no es necesario trasladarse hasta el desierto para ser testigo de este fenómeno . También se da en días cálidos , en el pavimento tanto en las ciudades como en lugares abiertos .
Si las capas menos densas de la atmósfera están más arriba , el fenómeno se da de forma inversa
{ recibe en este caso el nombre de Fata Morgana }: los objetos se localizan entonces en la parte inferior de la superficie de separación con el aire. La reflexión se produce hacia arriba , dando de este modo la impresión de tener los objetos reflejados en un lago imaginario ubicado por encima de la cabeza del observador. Este fenómeno se da sobre todo en mares y lagos extensos . Es muy común verlo en el mar Tirreno , cerca de la isla de Sicilia { Italia }
Prismas.
En óptica , se consideran prismas los cuerpos transparentes limitados por dos caras planas con una arista común . No es preciso que la tercera cara sea plana . El ángulo plano dado por la sección normal del diedro determinado por las caras planas es el ángulo refrigente del prisma.
Un rayo luminoso de un solo color que incide oblicuamente sobre un prisma óptico experimenta dos refracciones ,según se indica en refracción de un rayo en un prisma
Luz Blanca y Monocromatica . Dispersión.
Al pasar un haz luminoso de luz blanca { luz solar, por ejemplo } a través de un prisma , se desvia según las leyes de la refracción en los prismas , pero se produce además un fenómeno denominado dispersión , que se pone de manifiesto recogiendo la luz que sale del prisma en una pantalla; en ésta , en lugar de aparecer un punto iluminado, se observa una amplia banda coloreada con siete colores , que son , según desviación creciente, rojo , anaranjado , amarillo, verde, azul, añil y violeta, lo que se denomina espectro.
Para interpretar el fenómeno de la dispersión , Newton admitió que la luz está compuesta de estas siete radiaciones monocromáticas , las cuales se refractan distintamente.
Según la naturaleza electromagnética de la luz que se admite actualmente, a cada color se le puede asignar una onda vibratoria con una longitud de onda característica ; al rojo corresponde la mayor
longitud de onda { 7 700A° } y la menor al color violeta { 3 900A° } .
En el fenómeno de la refracción resulta más desviada cada radiación cuanto más pequeña es su longitud de onda ; al contrario de lo que sucede cuando aparecen los colores por el fenómeno de la difracción.
SÍNTESIS DE LA LUZ.
La síntesis de la luz consiste en el fenómeno contrario al de la dispersión y puede lograrse juntando los distintos colores del espectro , consiguiéndose con ello luz blanca.
Un manera sencilla de lograr la síntesis de la luz dispersada en un prisma sería haciendo pasar el haz de luz por un prisma a través de otro en posición invertida respecto al primero .
Fundados en la primera experiencia , existen los prismas llamados acromáticos , empleados en muchos aparatos de óptica y que consisten en el acoplamiento de dos prismas invertidos de diferente índice
de refracción en que el segundo compensa la dispersión del primero.}
EL COLOR DE LOS CUERPOS.
Color es el elemento sugestivo e indispensable que reviste la naturaleza y los objetos creados por el
hombre ; da además la imagen completa de la realidad.
El color produce sumo placer al espiritu y a los ojos, los cuales para ver necesitan tanto el color como de la luz. Un cuerpo parece que tiene determinado color, aunque no tenga luz propia , porque su superficie puede rechazar ---reflejar --o absorber todas o parte de las radiaciones luminosas que lo alcanzan , ejerciendo con ello una acción selectiva .Pueden presentarse tres casos: el del cuerpo blanco,el del cuerpo de color y el del cuerpo negro.
A } Cuerpo blanco . Cuando la superficie del cuerpo refleja todas las radiaciones luminosas que le alcanzan sin absorber ninguna.
B } Cuerpo de color . Si la superficie del cuerpo absorbe parte de las radiaciones { parte de las longitudes de onda } que componen la luz blanca incidente . En tal caso ,las ondas reflejadas son las que llegan a nuestro ojo y producen la visión del cuerpo rojo,verde, azul etcétera.
C } Cuerpo negro. Si la superficie del cuerpo absorbe todas las longitudes de onda de la luz blanca incidente y ,por tanto, no refleja ninguna de ellas ; de modo que no puede llegar ninguna radiación a nuestros ojos .Por esta razón, de noche , todos los cuerpos nos parecen negros pues , al no incidir radiación alguna, las superficies no reflejan ninguna onda característica.
EL ARCO IRIS .
Al salir el sol después de la lluvia , algunas veces presenciamos el hermoso espectáculo de color brindado por el arco iris.
Se trata de un fenómeno óptico debido a la descomposición de la luz. Después de la lluvia , quedan gotas de agua suspendidad en la atmósfera . Si en seguida sale el sol , sus rayos atraviesan las gotas y se produce la refracción y reflexión de los rayos.
Siendo blanca la luz proveniente del sol, es el resultado de la superposición de rayos de colores simples. Cada color tiene su propio ángulo de refracción .
Es asi que cuando la luz blanca solar atraviesa las gotas de agua , se descomponen dando origen al espectro solar y constituyendo una superficie cónica cuyo eje es la recta determinada por el sol y el ojo humano. Pero no siempre que sale el sol después de la lluvia se ve el arco iris . Si el sol está muy alto sobre el horizonte , los rayos refractados se pierden sin pasar por el ojo del observador . Sólo es visible cuando el astro luminoso está cerca del horizonte : su altura no debe ser superior a 50° 59´ sobre el horizonte . por eso se ve con mayor frecuencia al atardecer.
Los colores del arco iris van del violeta al rojo.Los rayos violetas emergen más altos que los rojos , pero el observador que ve la imagen proyectada sobre el cielo los ve invertidos .
Generalmente se forman un arco principal de mayor intensidad tonal y otro menor, que lo envuelve
LENTES.
Las superficies planas de separación se llaman dioptrías planas y las esféricas, dioptrías esféricas.
El centro y el radio de curvatura constituyen el centro y el radio de la dioptría , siendo su eje principal la recta determinada por el centro y el vértice.
Son dioptrías convergentes las que disminuyen la abertura del haz de rayos incidentes , y son divergentes en el caso contrario.
Lentes son los medios transparentes limitados por dos medios diopatrias que tienen sus ejes principales coincidentes .
Según la curvatura de las caras, las lentes pueden ser :
--biconvexas
---planoconvexas
--planocóncavas
--cóncavo--convexas
--bicóncavas.
Siendo el índice de refracción mayor que el medio circundante , resultan convergentes las dos primeras , divergentes las planocóncavas y bicóncavas , mientras que las restantes , si la cara de mayor curvatura es la convexa, son convergentes y divergentes cuando lo es la cóncava.
Antes de estudiar la trayectoria de los rayos a través de una lente , hay que definir los elementos de ésta.
A } Centro de curvatura . Es el centro de cada una de las caras , esféricas que forman la lente
{ O,O´} .
B} Centro óptico. Es un punto interior de la lente que ésta en la linea que une los centros de curvatura , tiene la propiedad de que todo rayo que pase por él no sufre desviación.
C } Eje principal . Es la recta que pasa por el centro óptico y los centros de curvatura.
D } Eje secundario .Es cualquier recta que pase por el centro óptico.
E} Focos . Son los puntos del eje principal por donde pasan los rayos luminosos { o sus prolongaciones } , después de incidir sobre la lente paralelamente al eje principal
F } Distancia focal. Es la distancia existente entre el centro óptico y el foco.
Óptica fisica.
Fotometría .
Es la parte de la fisica que estudia las magnitudes relativas a las radiaciones luminosas.
Si se considera una lámpara eléctrica encendida , parte de la energia se transforma en calor por efecto Joule y el resto se desprende en forma de energía luminosa; la luz es, pues ,una forma de la energía
Fotómetro .
Para medir intensidades de fuentes luminosas, se emplean aparato llamados fotómetros.
Naturaleza de la luz.
Según la hipótesis corpuscular de Isaac Newton , la luz estaría constituida por un flujo de partículas materiales emitidas por el foco luminoso , que se propaga en línea recta en un medio homogéneo .Los corpusculos extraordinariamente pequeños saldrán del foco emisor como los proyectiles de una ametralladora . Ésta es , síntesis ,la teoría de la emisión de Newton , que explica satisfactoriamente los fenómenos de reflexión , refracción y dispersión . No comtempla , sin embargo, los fenómenos de interferencia , difracción y polarización.
Albert Einstein supuso que la energía radiante está dividida en " granos " y que los focos luminosos los lanzan en todos los sentidos .A estos granos de luz los denomino Fotones.
La teoria de los fotones explica , además del efecto fotoeléctrico , diversos fenómenos descubiertos recientemente , por el contrario, es incapaz de explicar los fenómenos de interferencia , de difracción y polirización .
la teoría reconciliadora de Louis de Broglie , según la cual se admite que toda radiación corpuscular va acompañada de una onda asociada . Cada corpúsculo de masa m que se mueve
a una velocidad v va acompañado de una onda vibratoria de frecuencia tal que se cumple siempre la relación .
m.v=h.v
en la que h es la denominada constante universal de Plank equivalente a 6,55x 1O a la -27,erg,y v la frecuencia de la onda asociada.La teoría de de BROIGLE ha sido la base de la mecánica ondulatoria moderna, desarrollada por Erwin Schodinger,Werner Heisenberg y Pault Dirac.
Fizeau : obtuvo el valor de la velocidad de la luz=
v=4.8,663km.720.12,6 RPS=313.000 km/seg.
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viernes, 27 de enero de 2017
viernes, 13 de enero de 2017
TERMODINÁMICA.
Es la parte de la física que estudia los fenómenos en los que existe transformaciones de energía mecánica en calorifica o viceversa, fenómenos que reciben el nombre de transformaciones termodinámicas.
Se dice que un sistema realiza una transformación termodinámica cuando intercambia energía con el exterior , pasando de un estado inicial a un estado final.
A} Sistema termodinámico:
Para que pueda tener lugar una transformación termodinámica , se precisa de un cuerpo o conjunto de cuerpos, en los que se verifiquen los procesos que dan lugar al intercambio energético.
Sistema termodinámico es el cuerpo o , conjunto de cuerpos , sobre el que tiene lugar una transformación termodinámica.
Aunque una transformación termodinámica puede afectar a cuerpos en cualquier estado fisico , se considera únicamente el caso más importante , que es aquel en el que el sistema termodinámico se encuentra en estado gaseoso.
B } Variables termodinámicas
Son todas las magnitudes que intervienen en una transformación termodinámica . Son variables termodinámicas la presión , el volumen, la temperatura , la cantidad de calor etc.
Energía interna.
Hay que referirse a la energía que un cuerpo posee en su interior se utiliza el término energía interna.
{ el calor debe ser considerado como una forma particular de energía }.
La energía interna representa la suma de la energía cinética y potencial de todas la moléculas que constituyen el cuerpo.
Energia interna de un cuerpo es la energia total que poseen sus moléculas. Se representa por U.
El valor de la energía interna de un sistema depende exclusivamente de las variables que caracterizan el estado del sistema : presión, volumen, temperatura etc.
Cuando el cuerpo se calienta , aumenta la amplitud de las vibraciones de sus partículas , lo que se traduce en un aumento de la energia interna del mismo.
Si se sigue suministrando calor, la amplitud de la vibraciones sigue aumentando, hasta que llega a hacerse tan grande que se rompe la fuerza de cohesión entre las moléculas . El cuerpo deja de ser sólido
y pasa al estado líquido , verificandose el fenómeno que recibe el nombre de FUSIÓN.
Algunas de las moléculas del líquido , en su movimiento de traslación , llegan a la superficie libre y saltan al exterior , pasando al estado gaseoso mediante el fenómeno conocido con el nombre de EVAPORIZACIÓN. Si se continua suministrando calor al gas , sus moléculas aumentan de velocidad , creciendo-- en consecuencia-- su energía interna.
PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
La formulación del principio general de conservación de la energía , según el cual ésta no se crea ni se destruye , aunque si puede transformarse de una forma a otra . Es decir, que siempre que desaparece una cantidad de cierta clase de energía aparece una cantidad exactamente equivalente de otra clase.
Pues bién , el primer principio de la termodinámica no es sino la aplicación de dicho principio general a la interconversión concreta calor -- trabajo
Cuyo enunciado es el siguiente " La cantidad de calor Q suministrada a un sistema se invierte en parte en la realización de un trabajo externo L; siendo el resto absorbido por el sistema , ocasionando un aumento { DELTA} U de la energía interna del mismo."
Es decir " El trabajo suministrado a un sistema se invierte en parte en ceder calor al exterior y en un aumento de la energía interna del mismo."
Gas perfecto : Es un gas ideal cuyas moléculas no ocupan volumen propio ni ejercen entre sí fuerzas de cohesión.; un gas real se parece a una gas perfecto tanto más cuanto menor sea la presión , ya que en estas condiciones es menor el número de moléculas por unidad de volumen , con lo que éstas ocupan menos parte del volumen total y ---al encontrarse muy separadas -- ejercen poca fuerza de cohesión.
LEY DE LOS GASES PERFECTOS .
Como ya se ha dicho , el gas debe verificar la ley de BOYLE y MARIOTTE , según la cual " la presión y el volumen de un gas a una determinada temperatura son inversamente proporcionales. "
Por otra parte, si se calienta el gas hasta una temperatura T sin dejar que el volumen se altere .la presión aumentará , debiéndose verificar la fórmula de dilatación de los gases a volumen constante.
Ecuación de estado de los gases perfectos.
Se deducirá ahora otra forma de expresar la ecuación de los gases perfectos , denominada ecuación de estado, de aplicación más inmediata en aquellos casos en que se desea relacionar la masa de un gas con su presión, volumen y temperatura .
Sean n moles de un gas , que , sometidos a una presión p y a una temperatura absoluta T, ocupan un volumen V.
Según el principio de AVOGADRO ,enunciado en Quimica , cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura ocupa un volumen de 22,4 litros por mol; en consecuencia, los n moles presentes en la muestra , si se hallan a 273 °k de temperatura y 1 atm de presión , ocuparán n mol, 22,4 l/ mol.
ENTALPIA.
Entalpía de un sistema termodinámico es la suma de su energía interna más el producto de la presión por el volumen. Se representa por H.
H = U+p.v .
El primer principio de la termodinámica adopta diversas formas según sea la naturaleza de la transformación realizada por el gas, es decir, en función de las condiciones en que tiene lugar el intercambio de energía entre el sistema y el medio exterior.
Según la variable termodinámica que permanezca inalterable , se consideran las siguientes transformaciones.
------Transformaciones isóbara p = C { a presión constante }
------Transformación isócora : V = C { a volumen constante }
-------Trasnformación isoterma : T = C { a temperatura constante.}
-------Trasnformación adiabática : Q= C { sin intervalo de calor }.
Transformación isóbara.
Es aquella en que la presión permanece constante, si en la ley de los gases perfectos.
En una transformación isóbara de un gas perfecto ,el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Después de la transformación isóbara, la energía interna pasa a ser U, la presión permanece inalterable y el volumen alcanza un valor V, por lo que la entalpía final del sistema es :
H= U+ p.v
Transformación isócora .
Es aquella en la que el volumen constante permanece constante, si en la ley de los gase perfectos.
En una transformación isócora de un gas perfecto, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
La consecuencia de que el volumen no pueda cambiar es que no cabe posibilidad de realizar trabajo de expansión ni de compresión del gas.
Si en un diagrama P/ V , se representa la ecuación correspondiente a una transformación isócora :
V= constante. resulta una recta vertical.
En una transformación isócora , el calor suministrado al sistema se emplea integramente en incrementar su energía interna . En el caso en que sea el gas el que cede calor , el calor cedido por el sistema repercute en una dismunición equivalente de su energía interna.
Transformación isoterma .
Es aquella en que la temperatura permanece constante . Si en la ley de los gases perfectos.
En una trasnformación isoterma de un gas perfecto,la presión es inversamente proporcional al volumen.
En una transformación isoterma , el calor suministrado al sistema se emplea integramente en producir trabajo mecánico.
Calores especificos de los gases .
Se ha definido el calor especifico de una sustancia como la cantidad de calor que se necesita para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de la misma .
Pues bien, los gases presentan dos valores para su calor especifico , dependiendo de las condiciones en que tiene lugar el aumento de su temperatura : a volumen constante o a presión constante.
CALOR ESPECIFICO A PRESIÓN CONSTANTE.
Es el calor suministrado a una gramo de gas para que aumente su temperatura 1 ° C ,cuando la presión del que se mantiene constante mientras que tiene lugar el aumento de temperatura se representa por Cp y se mide en cal / g .°C.
CALOR ESPECIFICO A VOLUMEN CONSTANTE.
Es el calor que debe suministrar a un gramo de un gas para que aumente su temperatura 1 °C , cuando el volumen del gas se mantiene constante mientras tiene lugar el aumento de temperatura. Se representa por Cv y se mide en cal / g. °C.
Transformación adiabática.
Es aquella en la que no hay intercambio de calor entre el sistema y el medio exterior . Expresado de otro modo. " Transformación adiabática es aquella en que la cantidad de calor del sistema permanece constante ".
En una transformación adiabática , el trabajo realizado por el sistema es igual a la disminución de su energía interna.
SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
Hasta ahora se ha hablado del " calor suministrado a un sistema " y del" trabajo realizado por el sistema"
cosiderando siempre como positivas las cantidades que expresaban dichas magnitudes.
Sin embargo , un sistema puede desprender calor en lugar de recibirlo y , a su vez , un trabajo puede ser realizado " sobre " el sistema en lugar de serlo " por " el sistema.
Para poder analizar dichas magnitudes en este doble sentido , basta con establecer para ambas un coherente convenio de signos . Así ,en una transformación termodinámica.
A } Una cantidad de calor se considera positiva cuando es absorbida por el sistema y negativa cuando es cedida por el mismo.
B} Un trabajo se considera positivo cuando es realizado por el sistema y negativo cuando es realizado sobre el mismo.
Ejemplos: Cuando se comprime aire en el interior de una bomba de bicicleta , tapando con el dedo el orificio de salida ,se produce , a costa del trabajo mecánico efectuado . calor, que absorbe la atmósfera . En este caso.
-----El calor es negativo ya que es cedido por el sistema .
-----El trabajo mecánico también es negativo , ya que ha sido realizado sobre el sistema .
Por lo que se refiere al trabajo mecánico , su signo puede también establecerse mediante un criterio geométrico, en lugar de energético.
En efecto , puesto que la realización de un trabajo exige forzosamente un desplazamiento , y como consecuencia , un cambio de volumen , cuando un gas se expande , está realizando una fuerza sobre el medio exterior ; por consiguiente el trabajo es realizado " por " el gas { es positivo } . Por el contrario , cuando el gas se comprime , son las fuerzas exteriores las que ejercen una acción sobre aquél . lo que supone que el trabajo se realiza " sobre " el sistema y , por lo tanto , es negativo . En consecuencia , se puede enunciar : En una transformación termodinámica , el trabajo es positivo cuando el gas se expande ; y es negativo , en caso contrario.
CICLO.
Ciclo es una transformación termodinámica que , una vez efectuada, repite las condiciones iniciales del sistema..
El trabajo desarrollado en un ciclo es igual al área encerrada en el interior del mismo.
Al igual que en una transformación abierta , el trabajo en un ciclo puede ser positivo o negativo:
--- si se recorre el ciclo en el sentido de las agujas del reloj, el trabajo es positivo .
--por el contrario , si el ciclo es recorrido en sentido contrario al de las agujas del reloj, el trabajo es negativo.
DESARROLLO DEL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
El primer principio de la termodinámica enuncia que en toda transformación se conserva la energía , pero no estable ninguna limitación en cuanto a la forma de llevar a cabo dicha transformación.
Si se pone un cuerpo caliente en contacto con otro frío , la experiencia dice que aumentará la temperatura del segundo y dismunuirá la del primero . Si se establece comunicación entre un recinto que contiene un gas a presión alta y otro recinto en el que la presión del gas es baja , se podrá afirmar de antemano que una corriente gaseosa , dirigida del primer recipiente al segundo, determinará la igualdad de presiones , Obsérvese que el primer principio no se opone a que el cuerpo caliente aumente la temperatura a costa del cuerpo frío ; sólo exige que la energía que el primero absorba sea igual a la que el segundo suministra . También habrá contradicción con el primer principio si la molécula de un gas abandonansen la mitad del recipiente que ocupan y , dejándola vacía , se acumulasen en la otra mitad.
El principio de conservación dice que, en general , la energía de un sistema aislado es la misma en los estados inicial A y final B , pero no hace distinción alguna entre dichos estados y considera igualmente posible que el sistema pase del estado A al B como que , desde el estado B , recobre al estado A.
Este criterio lo suministra un postulado fundamental , que se conoce como segundo principio de la termodinámica , contenido en la siguiente afirmación." Es imposible construir una máquina de funcionamiento cíclico que produzca trabajo intercambiando calor con un sólo manantial " . En otras palabras , no existe ninguna máquina térmica que transforme integramente en trabajo el calor absorbido.
CICLO DE CARNOT.
El rendimiento de un determinado ciclo depende del tipo de transformación que lo constituye y de las temperaturas entre las que opera , lo que significa , en definitiva , que depende de la forma que presenta el ciclo.
La importancia del ciclo de Carnot radica en el hecho de ser el de mayor rendimiento de entre todos aquellos ciclos que trabajan entre las mismas temperaturas.
ENTROPIA.
Una función de estado del sistema que tenga un valor distinto al principio y al final de una transformación dada. Se ha definido una función que responde a estas condiciones y que se ha llamado entropia del sistema.
Igual que la energía , la entropia es sólo una función de estado del sistema ; aumenta o permanece constante en cada transformación que se produce en un sistema aislado.
Mediante la noción de entropia se puede formular el segundo principio de la termodinámica de otra manera " Las transformaciones en las que la entropia de un sistema aislado disminuye no son posibles "
" En cada transformación que se produce en un sistema aislado la entropia del sistema aumenta o permanece constante ".
Si un sistema aislado se encuentra en un estado tal que su entropia alcanza su máximo, cualquier cambio implica una disminución de la entropia y no puede, pues producirse . Una condición también necesaria para que el sistema se encuentre en equilibrio es que su entropia sea máxima .
La entropia , que se representa por S, no puede calcularse en términos absolutos ; por ello, en la práctica
lo que se hace es calcular el aumento de entropia de un sistema en un determinado proceso.
Cuando un sistema termodinámico recibe una cantidad de calor Q a una temperatura T, se dice que ha sufrido un aumento de entropia.
El cálculo de la variación de entropia que tiene lugar en una transformación termodinámica requiere la utilización del cálculo integral , ya que ----en general -- la temperatura varía durante el proceso; únicamente en las transformaciones isotermas, esto es , en las transformaciones a temperatura constante , es posible calcular el aumento de entropia mediante operaciones aritméticas.
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Se dice que un sistema realiza una transformación termodinámica cuando intercambia energía con el exterior , pasando de un estado inicial a un estado final.
A} Sistema termodinámico:
Para que pueda tener lugar una transformación termodinámica , se precisa de un cuerpo o conjunto de cuerpos, en los que se verifiquen los procesos que dan lugar al intercambio energético.
Sistema termodinámico es el cuerpo o , conjunto de cuerpos , sobre el que tiene lugar una transformación termodinámica.
Aunque una transformación termodinámica puede afectar a cuerpos en cualquier estado fisico , se considera únicamente el caso más importante , que es aquel en el que el sistema termodinámico se encuentra en estado gaseoso.
B } Variables termodinámicas
Son todas las magnitudes que intervienen en una transformación termodinámica . Son variables termodinámicas la presión , el volumen, la temperatura , la cantidad de calor etc.
Energía interna.
Hay que referirse a la energía que un cuerpo posee en su interior se utiliza el término energía interna.
{ el calor debe ser considerado como una forma particular de energía }.
La energía interna representa la suma de la energía cinética y potencial de todas la moléculas que constituyen el cuerpo.
Energia interna de un cuerpo es la energia total que poseen sus moléculas. Se representa por U.
El valor de la energía interna de un sistema depende exclusivamente de las variables que caracterizan el estado del sistema : presión, volumen, temperatura etc.
Cuando el cuerpo se calienta , aumenta la amplitud de las vibraciones de sus partículas , lo que se traduce en un aumento de la energia interna del mismo.
Si se sigue suministrando calor, la amplitud de la vibraciones sigue aumentando, hasta que llega a hacerse tan grande que se rompe la fuerza de cohesión entre las moléculas . El cuerpo deja de ser sólido
y pasa al estado líquido , verificandose el fenómeno que recibe el nombre de FUSIÓN.
Algunas de las moléculas del líquido , en su movimiento de traslación , llegan a la superficie libre y saltan al exterior , pasando al estado gaseoso mediante el fenómeno conocido con el nombre de EVAPORIZACIÓN. Si se continua suministrando calor al gas , sus moléculas aumentan de velocidad , creciendo-- en consecuencia-- su energía interna.
PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
La formulación del principio general de conservación de la energía , según el cual ésta no se crea ni se destruye , aunque si puede transformarse de una forma a otra . Es decir, que siempre que desaparece una cantidad de cierta clase de energía aparece una cantidad exactamente equivalente de otra clase.
Pues bién , el primer principio de la termodinámica no es sino la aplicación de dicho principio general a la interconversión concreta calor -- trabajo
Cuyo enunciado es el siguiente " La cantidad de calor Q suministrada a un sistema se invierte en parte en la realización de un trabajo externo L; siendo el resto absorbido por el sistema , ocasionando un aumento { DELTA} U de la energía interna del mismo."
Es decir " El trabajo suministrado a un sistema se invierte en parte en ceder calor al exterior y en un aumento de la energía interna del mismo."
Gas perfecto : Es un gas ideal cuyas moléculas no ocupan volumen propio ni ejercen entre sí fuerzas de cohesión.; un gas real se parece a una gas perfecto tanto más cuanto menor sea la presión , ya que en estas condiciones es menor el número de moléculas por unidad de volumen , con lo que éstas ocupan menos parte del volumen total y ---al encontrarse muy separadas -- ejercen poca fuerza de cohesión.
LEY DE LOS GASES PERFECTOS .
Como ya se ha dicho , el gas debe verificar la ley de BOYLE y MARIOTTE , según la cual " la presión y el volumen de un gas a una determinada temperatura son inversamente proporcionales. "
Por otra parte, si se calienta el gas hasta una temperatura T sin dejar que el volumen se altere .la presión aumentará , debiéndose verificar la fórmula de dilatación de los gases a volumen constante.
Ecuación de estado de los gases perfectos.
Se deducirá ahora otra forma de expresar la ecuación de los gases perfectos , denominada ecuación de estado, de aplicación más inmediata en aquellos casos en que se desea relacionar la masa de un gas con su presión, volumen y temperatura .
Sean n moles de un gas , que , sometidos a una presión p y a una temperatura absoluta T, ocupan un volumen V.
Según el principio de AVOGADRO ,enunciado en Quimica , cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura ocupa un volumen de 22,4 litros por mol; en consecuencia, los n moles presentes en la muestra , si se hallan a 273 °k de temperatura y 1 atm de presión , ocuparán n mol, 22,4 l/ mol.
ENTALPIA.
Entalpía de un sistema termodinámico es la suma de su energía interna más el producto de la presión por el volumen. Se representa por H.
H = U+p.v .
El primer principio de la termodinámica adopta diversas formas según sea la naturaleza de la transformación realizada por el gas, es decir, en función de las condiciones en que tiene lugar el intercambio de energía entre el sistema y el medio exterior.
Según la variable termodinámica que permanezca inalterable , se consideran las siguientes transformaciones.
------Transformaciones isóbara p = C { a presión constante }
------Transformación isócora : V = C { a volumen constante }
-------Trasnformación isoterma : T = C { a temperatura constante.}
-------Trasnformación adiabática : Q= C { sin intervalo de calor }.
Transformación isóbara.
Es aquella en que la presión permanece constante, si en la ley de los gases perfectos.
En una transformación isóbara de un gas perfecto ,el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Después de la transformación isóbara, la energía interna pasa a ser U, la presión permanece inalterable y el volumen alcanza un valor V, por lo que la entalpía final del sistema es :
H= U+ p.v
Transformación isócora .
Es aquella en la que el volumen constante permanece constante, si en la ley de los gase perfectos.
En una transformación isócora de un gas perfecto, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
La consecuencia de que el volumen no pueda cambiar es que no cabe posibilidad de realizar trabajo de expansión ni de compresión del gas.
Si en un diagrama P/ V , se representa la ecuación correspondiente a una transformación isócora :
V= constante. resulta una recta vertical.
En una transformación isócora , el calor suministrado al sistema se emplea integramente en incrementar su energía interna . En el caso en que sea el gas el que cede calor , el calor cedido por el sistema repercute en una dismunición equivalente de su energía interna.
Transformación isoterma .
Es aquella en que la temperatura permanece constante . Si en la ley de los gases perfectos.
En una trasnformación isoterma de un gas perfecto,la presión es inversamente proporcional al volumen.
En una transformación isoterma , el calor suministrado al sistema se emplea integramente en producir trabajo mecánico.
Calores especificos de los gases .
Se ha definido el calor especifico de una sustancia como la cantidad de calor que se necesita para elevar 1 °C la temperatura de un gramo de la misma .
Pues bien, los gases presentan dos valores para su calor especifico , dependiendo de las condiciones en que tiene lugar el aumento de su temperatura : a volumen constante o a presión constante.
CALOR ESPECIFICO A PRESIÓN CONSTANTE.
Es el calor suministrado a una gramo de gas para que aumente su temperatura 1 ° C ,cuando la presión del que se mantiene constante mientras que tiene lugar el aumento de temperatura se representa por Cp y se mide en cal / g .°C.
CALOR ESPECIFICO A VOLUMEN CONSTANTE.
Es el calor que debe suministrar a un gramo de un gas para que aumente su temperatura 1 °C , cuando el volumen del gas se mantiene constante mientras tiene lugar el aumento de temperatura. Se representa por Cv y se mide en cal / g. °C.
Transformación adiabática.
Es aquella en la que no hay intercambio de calor entre el sistema y el medio exterior . Expresado de otro modo. " Transformación adiabática es aquella en que la cantidad de calor del sistema permanece constante ".
En una transformación adiabática , el trabajo realizado por el sistema es igual a la disminución de su energía interna.
SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
Hasta ahora se ha hablado del " calor suministrado a un sistema " y del" trabajo realizado por el sistema"
cosiderando siempre como positivas las cantidades que expresaban dichas magnitudes.
Sin embargo , un sistema puede desprender calor en lugar de recibirlo y , a su vez , un trabajo puede ser realizado " sobre " el sistema en lugar de serlo " por " el sistema.
Para poder analizar dichas magnitudes en este doble sentido , basta con establecer para ambas un coherente convenio de signos . Así ,en una transformación termodinámica.
A } Una cantidad de calor se considera positiva cuando es absorbida por el sistema y negativa cuando es cedida por el mismo.
B} Un trabajo se considera positivo cuando es realizado por el sistema y negativo cuando es realizado sobre el mismo.
Ejemplos: Cuando se comprime aire en el interior de una bomba de bicicleta , tapando con el dedo el orificio de salida ,se produce , a costa del trabajo mecánico efectuado . calor, que absorbe la atmósfera . En este caso.
-----El calor es negativo ya que es cedido por el sistema .
-----El trabajo mecánico también es negativo , ya que ha sido realizado sobre el sistema .
Por lo que se refiere al trabajo mecánico , su signo puede también establecerse mediante un criterio geométrico, en lugar de energético.
En efecto , puesto que la realización de un trabajo exige forzosamente un desplazamiento , y como consecuencia , un cambio de volumen , cuando un gas se expande , está realizando una fuerza sobre el medio exterior ; por consiguiente el trabajo es realizado " por " el gas { es positivo } . Por el contrario , cuando el gas se comprime , son las fuerzas exteriores las que ejercen una acción sobre aquél . lo que supone que el trabajo se realiza " sobre " el sistema y , por lo tanto , es negativo . En consecuencia , se puede enunciar : En una transformación termodinámica , el trabajo es positivo cuando el gas se expande ; y es negativo , en caso contrario.
CICLO.
Ciclo es una transformación termodinámica que , una vez efectuada, repite las condiciones iniciales del sistema..
El trabajo desarrollado en un ciclo es igual al área encerrada en el interior del mismo.
Al igual que en una transformación abierta , el trabajo en un ciclo puede ser positivo o negativo:
--- si se recorre el ciclo en el sentido de las agujas del reloj, el trabajo es positivo .
--por el contrario , si el ciclo es recorrido en sentido contrario al de las agujas del reloj, el trabajo es negativo.
DESARROLLO DEL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA.
El primer principio de la termodinámica enuncia que en toda transformación se conserva la energía , pero no estable ninguna limitación en cuanto a la forma de llevar a cabo dicha transformación.
Si se pone un cuerpo caliente en contacto con otro frío , la experiencia dice que aumentará la temperatura del segundo y dismunuirá la del primero . Si se establece comunicación entre un recinto que contiene un gas a presión alta y otro recinto en el que la presión del gas es baja , se podrá afirmar de antemano que una corriente gaseosa , dirigida del primer recipiente al segundo, determinará la igualdad de presiones , Obsérvese que el primer principio no se opone a que el cuerpo caliente aumente la temperatura a costa del cuerpo frío ; sólo exige que la energía que el primero absorba sea igual a la que el segundo suministra . También habrá contradicción con el primer principio si la molécula de un gas abandonansen la mitad del recipiente que ocupan y , dejándola vacía , se acumulasen en la otra mitad.
El principio de conservación dice que, en general , la energía de un sistema aislado es la misma en los estados inicial A y final B , pero no hace distinción alguna entre dichos estados y considera igualmente posible que el sistema pase del estado A al B como que , desde el estado B , recobre al estado A.
Este criterio lo suministra un postulado fundamental , que se conoce como segundo principio de la termodinámica , contenido en la siguiente afirmación." Es imposible construir una máquina de funcionamiento cíclico que produzca trabajo intercambiando calor con un sólo manantial " . En otras palabras , no existe ninguna máquina térmica que transforme integramente en trabajo el calor absorbido.
CICLO DE CARNOT.
El rendimiento de un determinado ciclo depende del tipo de transformación que lo constituye y de las temperaturas entre las que opera , lo que significa , en definitiva , que depende de la forma que presenta el ciclo.
La importancia del ciclo de Carnot radica en el hecho de ser el de mayor rendimiento de entre todos aquellos ciclos que trabajan entre las mismas temperaturas.
ENTROPIA.
Una función de estado del sistema que tenga un valor distinto al principio y al final de una transformación dada. Se ha definido una función que responde a estas condiciones y que se ha llamado entropia del sistema.
Igual que la energía , la entropia es sólo una función de estado del sistema ; aumenta o permanece constante en cada transformación que se produce en un sistema aislado.
Mediante la noción de entropia se puede formular el segundo principio de la termodinámica de otra manera " Las transformaciones en las que la entropia de un sistema aislado disminuye no son posibles "
" En cada transformación que se produce en un sistema aislado la entropia del sistema aumenta o permanece constante ".
Si un sistema aislado se encuentra en un estado tal que su entropia alcanza su máximo, cualquier cambio implica una disminución de la entropia y no puede, pues producirse . Una condición también necesaria para que el sistema se encuentre en equilibrio es que su entropia sea máxima .
La entropia , que se representa por S, no puede calcularse en términos absolutos ; por ello, en la práctica
lo que se hace es calcular el aumento de entropia de un sistema en un determinado proceso.
Cuando un sistema termodinámico recibe una cantidad de calor Q a una temperatura T, se dice que ha sufrido un aumento de entropia.
El cálculo de la variación de entropia que tiene lugar en una transformación termodinámica requiere la utilización del cálculo integral , ya que ----en general -- la temperatura varía durante el proceso; únicamente en las transformaciones isotermas, esto es , en las transformaciones a temperatura constante , es posible calcular el aumento de entropia mediante operaciones aritméticas.
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lunes, 26 de diciembre de 2016
TERMOLOGÍA .
CALOR Y TEMPERATURA.
CONCEPTOS MODERNOS DE CALOR Y TEMPERATURA.
Según las teorias que iniciaron el estudio de la calorimetria , el calor era una especie de fluido muy sutil que se producía en las combustiones y pasaba de unos cuerpos a otros , pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor cantidad, según su tamaño y naturaleza.
El fisico Benjamin Thompson { 1753--1814 } postuló la teoria de que el calor era una forma de energia y por consiguiente , el que aparecía en el agua de refrigeración procedia del trabajo mecánico realizado por las máquinas.
El fisico inglés Prescott Joule { 1818--1889 } logró demostrarlo experimentalmente , llegando a determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume que es de
O, 239 calorias por cada julio de trabajo que se transforma integramente en calor
Por cantidad de calor que se encuentra en un cuerpo se entiende el contenido energético que posee este cuerpo en forma de energía cinética debida al movimiento desordenado de sus moléculas .Por el contrario, la temperatura es una medida del valor medio de la energía cinética de las moléculas aisladas.
La mayor o menor cantidad de calor almacenada por un cuerpo depende, primero , de su masa, ya que cuantas más particulas haya en movimiento, mayor será la energía de todas ellas ; y segundo , de la mayor o menor rapidez con que las partículas se muevan , ya que , por ejemplo , una partícula que vibre con una determinada frecuencia y amplitud tendrá menos energía que otra análoga que lo haga con más frecuencia y más amplitud.
La temperatuta es una magnitud que determina el sentido en que tienen lugar los intercambios calorificos entre los cuerpos ; así cuando dos cuerpos se ponen en contacto , la energía calorífica no pasa del que posee más calor al que posee menos , sino del que tenga más temperatura al que tenga menos .
El calor es , por lo tanto ,una magnitud cuantitativa , mientras que la temperatura es una magnitud de intensidad.
Al calentar un cuerpo, éste experimenta cierta transformaciones de muy diversos tipos . Algunas de ellas son fisicas { dilataciones, cambios de estado }y otras son quimicas { combustiones , oxidaciones } .
Al suministrar calor a un cuerpo , éste experimenta aumento en su volumen y se dice que el cuerpo se ha dilatado. La dilatación de ciertos materiales es de suma importancia en la construcción de edificios , por lo que arquitectos e ingenieros tienen muy en cuenta la dilatación de las estructuras metálicas y de hormigón .Por eso dejan espacios libres, previamente calculados, para que las vigas puedan dilatarse.
DILATACIÓN DE SÓLIDOS.
Al calentar un cuerpo sólido se dilata según sus tres dimensiones { dilatación lineal, superficial y cúbica} aunque se estudian por separado , según sea la magnitud predominante en cada caso.
La dilatación es lineal cuando la magnitud modificada es predominante una longitud..
El coeficiente de dilatación lineal de una sustancia se define como el aumento experimentado por la unidad de longitud al aumentar la temperatura
A la expresión { I + k .t } se le llama binomio de dilatación .Experimentan dilatación lineal railes de las vias férreas, puentes metálicos , hilos telegráficos , etc.
La dilatación es superficial cuando se trata de piezas de espesor pequeño y gran superficies .
DILATACIÓN DE LÍQUIDOS .
Los liquidos se dilatan mucho más que los sólidos , su dilatación se . entiende siempre que es cúbica , pues los líquidos ocupan determinado volumen.
Anomalia del AGUA .
El agua presenta anomalía o irregularidad en su dilatación .
Hasta O°C, se dilata, aumenta el volumen . De O a 4°C , se contrae ,disminuye el volumen . De 4 °C en adelante, se dilata, aumenta el volumen.
DILATACIÓN DE LOS GASES .
La dilatación de los gases al aumentar la temperatura es aún mucho más acusada que la de los líquidos se dilatación es cúbica
El coeficiente de dilatación de los gases es constante para todos ellos e independiente de la temperatura
CAMBIOS DE ESTADO.
Hay transformaciones físicas en las que al dar calor a una sustancia ésta no aumenta de temperatura . Estas transformaciones son los cambios de estado.
Se describirá ahora el proceso que tiene lugar cuando se calienta una sustancia sólida hasta pasar al estado de vapor . Sea un trozo de hielo, a la temperatura de - 20 °C.
Al ser calentado este trozo de hielo , se incrementa su temperatura hasta llegar a 0°C que es la temperatura de fusión.
Alcanzada la temperatura de O °C , el hielo empieza a fundirse y , como se puede probar experimentalmente , hasta que no termina la fusión la temperatura no varia.
Una vez que ha fundido el hielo , se va incrementando la temperatura del agua resultante , hasta que empieza la ebullición tumultuosa a los 100 °C , si la presión es de una atmósfera.
Mientras haya agua en el vaso , la temperatura permanece constante.
Si el vapor resultante es calentado , la temperatura sigue aumentando indefinidamente
Si ahora se enfría el vapor , se verifica todo el proceso anterior , pero en orden inverso , dando lugar a los cambios de estado que van acompañados de desprendimiento de calor ; licuación y solidificación .
Los cambios de estado se pueden clasificar en progresivos o directos y en regresivos o inversos . Los progresivos van . acompañados de absorción de calor y los regresivos de desprendimiento de calor
CAMBIOS DE ESTADO PROGRESIVO.
Pertenecen a este tipo .de cambio de estado la fusión, la vaporización y la sublinación. Cada estado fisico tiene más energía que el anterior , si el cambio es progresivo.
FUSIÓN .
Fusión es el cambio de sólido a líquido , se presentan dos tipos de fusión ; fusión vítrea y fusión franca La fusión es vítrea , si el cuerpo pasa .del estado sólido a líquido de forma continua y reblandeciéndose previamente . Los cuerpos amorfos como como las ceras y el vidrio , que no poseen estructura cristalina , funden asi.
La fusión es franca , si el cuerpo pasa del estado sólido al líquido sin reblandecerse previamente . Las
sustancias químicamente puras y de estructura cristalina presentan esta forma de fusión . Solamente en este caso son aplicables las leyes de la fusón.
---Mientras dura la fusión , la temperatura permanece constante.
----Cada sustancia funde a una temperatura determinada .
---La presión modifica la temperatura de fusión, si el cuerpo aumenta de volumen al fundirse , un aumento de presión provoca un aumento en la temperatura de fusión. Lo contrario sucederá si disminuye el volumen , como en el caso del agua.
El calor necesario para que funda un gramo de cierta sustancia cuando ya está a la temperatura de fusión se denomina CALOR DE FUSIÓN , el calor de fusión del hielo es de 80 cal/g.
VAPORIZACIÓN.
Vaporización es el paso de líquido a gas { vapor } , puede realizarse este cambio de estado para todos los líquidos de dos formas distintas; por evaporización y por ebullición .
La evaporización se efectúa en la superficie , lentamente y a cualquier temperatura . Así un charco de agua se evapora a la temperatura ambiente sin que tenga que hervir.
Se favorece la evaporación.
-----Aumentando la superficie libre del líquido . Por ejemplo un vaso de agua tarda más en evaporarse que si se derrama en el suelo.
---- Aumentando la temperatura . Así , en verano se seca antes la ropa que en invierno.
---Si el ambiente está seco .
---Si se remueve el aire y hace mucho viento.
La ebullición es el paso de líquido a vapor en toda la masa del líquido de forma tumultuosa y a temperatura constante . La ebullición se realiza de acuerdo con estas leyes .
----Mientras dura la ebullición , la temperatura permanece constante.
----Cada líquido hierve a una temperatura determinada , llamada Punto de Ebullición.
----El punto de ebullición aumenta o disminuye al aumentar o disminuir la presión ejercida sobre la superficie del líquido.
SUBLIMACIÓN.
Sublimación es el paso de sólido a vapor sin pasar por el estado líquido . Este cambio tiene lugar para todos los cuerpos por debajo de cierta presión característica de cada sustancia . El yodo y el alcanfor se subliman ya a la presión atmosférica normal.
Cambios de estado regresivos.
Se verifica por pérdida de energía calorífica , es decir, por enfriamiento . Son cambios de estado regresivos o inversos la licuación , la solidificación y la sublimación regresiva o condensación . El término
condensación se usa también para la licuación o paso del estado gaseoso a líquido .
Las leyes de estos cambios de estado son semejantes a las de los cambios de estado progresivo o directos .
TRANSMISIÓN DE CALOR .
El calor se transmite desde los cuerpos de mayor temperatura a los que se encuentran a temperatura inferior.
Las formas de propagación del calor son principalmente tres : por conducción , por convección y por radiación.
CONDUCCIÓN
Esta forma de transferencia del calor desde la parte caliente de un cuerpo a otra fría se llama conducción y consiste en la transferencia de calor realizada por intercambio de energía entre las partículas próximas, sin desplazamiento de las mismas.
Efectivamente , esta forma de transferencia del calor tiene lugar mediante el suministro de energía de una partícula a otra por contacto, lo que justifica que sea un proceso lento, por lo general.De todos modos ,la rapidez de la conducción depende también del material utilizado y, para decirlo en términos más precisos, de su conductividad térmica , que es la capacidad de una sustancia para conducir el calor.
La conductividad térmica varía mucho de unas sustancias a otras. Los metales , por ejemplo , suelen ser muy buenos conductores del calor, mientras otras sustancias { como el mármol, el hormigon , los ladrillos, la madera, el amianto o la lana } no son prácticamente conductoras y se llaman aislantes térmicos.
CONVECCIÓN .
Las moléculas del aire transportan el calor en su movimiento.
Convección es la transferencia del calor mediante el movimiento de las partículas del propio fluido.
La razón de este movimiento es simple : el fluido caliente se dilata , por lo que pierde densidad y asciende , siendo remplazado por fluido frío , más denso que desciende.
Para comprender la gran importancia de este modo de transferencia del calor , puede recordarse que , en
que , en buena parte , los vientos son el resultado de gigantescas corrientes de convección en la atmósfera terrestre .
RADIACIÓN.
Las radiaciones son invisibles ,la tierra recibe la energia calorifica procedente del sol por radiación ; se trata de un caso de transferencia del calor prácticamente a través del vacio y a una velocidad similar a la de la l uz .
La transmisión por radiación consiste en la transferencia de calor sin intervención de partículas materiales que transporten el calor , ya que tiene lugar mediante ondas electromagnéticas y , por lo tanto, puede realizarse incluso en el vacio.
Estas ondas son de origen eléctrico y magnético y son emitidas por los cuerpos calientes . Transportan energía y ésta es tanto mayor cuanto mayor es la temperatura de aquellos.
MEDIDA DE LA TEMPERATURA.
Para que la medida de la temperatura sea verdaderamente objetiva , hay que basarse en ciertas propiedades físicas de la materia que presentan siempre un mismo valor a una temperatura dada y que experimentan las mismas variaciones para los mismos cambios de temperatura. Se trata de propiedades que varían proporcionalmente con la temperatura .
Estos puntos fijos suelen ser la temperatura de congelación del agua y la temperatura de ebullición del agua, medidas ambas cuando la presión es de una atmósfera.
Con estos dos puntos fijos se han establecido , entre otras las siguientes escalas de temperatura.
ESCALA CELSIUS.
Se asignan los valores de 0°C { cero grados Celsius } y de 100 °C{ cien grados celsius } a los puntos de congelación y de ebullición del agua respectivamente . El intervalo entre una y otra temperatura en 180 partes iguales, llamadas grados Celsius { ° C }.
ESCALA FAHRENHEIT.
En esta escala se asigna al punto de congelación del agua el valor de 32 °F { grados Farenheit } y al de ebullición el de 212 ° F , dividiendo el intervalo comprendido entre ambas temperaturas en 180 partes iguales, llamadas grados Fahrenheit { °F}.
ESCALA ABSOLUTA KELVIN.
Al punto de congelación del agua corresponde la temperatura de 273 °K { grados Kelvin } y al punto de ebullición se le asignan 373 ° K .El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 100 partes iguales ,llamando un Kelvin a cada una de las divisiones . El cero absoluto { 0 °K } , es decir , la temperatura más baja posible , corresponde a ---273 ° C.
Como el intervalo entre los dos puntos fijos se divide en 100 partes iguales tanto en la escala Celsius como en la escala absoluta Kelvin , se comprende que el grado Celsius es igual al Kelvin.
Fórmulas de transformación.
c = f - 32 = t-273
--- ----- ------
100 180 100
Donde :
C = temperatura en la escala Celsius .
F= temperatura en la escala Fahrenheit.
T = temperatura en la escala absoluta Kelvin.
Termómetros .
Son los aparatos destinados a medir la temperatura de los cuerpos, midiendo una magnitud física , los termómetros miden directa o indirectamente una temperatura.
Esta diversidad permite que en la práctica se pueda medir cualquier temperatura en un amplio margen.
Termómetro de líquido.
Uno de los más utilizados es el de mercurio , metal que es líquido entre -38,8 °C{ temperatura de congelación } y 357 °C { temperatura de ebullición }.
Termómetro de gas.
Que se basa en la relación que existe entre la temperatura , el volumen y la presión de una masa gaseosa.La presión del gas varía con la temperatura de manera que el aumento de presión es proporcional al aumento de temperatura. el termómetro de gas ha permitido establecer cierto número de puntos fijos en la escala de temperatura . Se utiliza principalmente para . medidas de temperatura bajas. El helio, que tiene el punto de ebullición más bajo de todos los elementos químicos hierve a -269°C.
Termómetros de resistencia .
En este tipo de termómentros se utiliza la propiedad que tienen los metales de aumentar su resistencia eléctrica con la temperatura .
Termómetro de resistencia.
Los metales más corrientemente empleados son el platino y el niquel. Una espiral de platino cuya resistencia a -200°C es igual a 2 ohmios, a la temperatura de 0°C tiene una resistencia de 11ohms y a la temperatura de 400°C una resistencia de 25 ohms. Para la determinación de las temperaturas se utilizan fórmulas empíricas ; es decir , fórmulas obtenidas a partir de medidas de la resistencia de la espiral a temperaturas conocidas.
Termómetros bimetálicos.
Utilizan la distinta dilatación de dos láminas de diferentes metales { por ejemplo. acero, y latón } en íntimo contacto y arrolladas en espiral. Al cambiar la temperatura , se deforma el arrollamiento y el extremo libre se desplaza, moviendo una aguja indicadora, que marca la temperatura.
PAR TERMOELÉCTRICO.
En la superficie de contacto de dos metales distintos aparece siempre una diferencia potencial. Esta es función de la temperatura . Si se colocan dos de estos puntos de contacto en un circuito conductor a distintas temperaturas , aparece un fuerza electromotiz termoeléctrica en el circuito. Un circuito así constituido con distintos metales se llama par termoeléctrico . Con los pares temoeléctricos , se miden siempre las de temperatura entre un punto de contacto de temperatura conocida y otro de temperatura conocida y otro de temperatura desconocida que es la que se obtiene.
PAR TERMOELÉCTRICO.
Un par termoeléctrico corriente es la combinación cobre-constantán , cuya fuerza electromotiz, { f.e.m.}
termoeléctrico es de 40 microvoltios / °C.
Pirómetro de radiación parcial.
En este aparato se utiliza la radiación emitida por una cuerpo incandescente comparándola con la radiación emitida por un hilo incandescente. Una lente reproduce el objeto cuya temperatura se debe medir, y se produce de tal manera que la imagen se situé en el mismo plano que el hilo a través de un ocular y un filtro rojo . Con una resistencia se regula que la intensidad de corriente que atraviesa el hilo tenga el mismo color que el objeto y no pueda distinguirse . Entonces se lee la temperatura en un amperio graduado en °C.
Pirometro de radiación total.
Este sistema lleva una pequeña lente convergente que reúne las radiaciones procedentes de la superficie cuya temperatura se debe medir sobre un disco metálico ennegrecido con negro de humo y soldado al hilo de un par termoeléctrico,la lectura de la temperatura se hace en un milivoltimetro graduado directamente en °C . Este tipo de pirómetro se utiliza para registrar las variaciones de temperatura de una superficie.
Termómetro de máxima y minima.
Es de mucha aplicación en la medida de temperaturas ambientales .Está constituido por un tubo de vidrio doblado en U, con mercurio y alcohol en su interior . Al desplazarse el mercurio arrastra consigo unos indices metálicos pequeños , que indican el extremo inferior o superior que ha alcanzado la temperatura . Una vez observada la temperatura , se deslizan los índices metálicos hasta tomar contacto con el mercurio , con la ayuda de un imán .
La introducción del alcohol se debe a que éste se dilata y contrae grandemente con los cambios de temperatura ; así , al aumentar la temperatura , el alcohol empuja el mercurio que asciende por el lado derecho e indica la temperatura máxima , mientras que, al disminuir ésta, se contrae el alcohol y el mercurio pasa a ocupar el vacio dejado por aquél , retrocediendo e indicando la temperatura mínima en el lado izquierdo de las dos ramas del termómetro.
CALOR ABSORBIDO O CEDIDO POR UN CUERPO.
El efecto más inmediato de la transferencia de calor de un cuerpo a otro es el cambio de temperatura, se enfría el que lo cede y se calienta el que recibe el calor.
Se comprueba fácilmente que la cantidad de calor que un cuerpo cede o recibe depende de tres factores.
A }La variación de temperatura que se desa conseguir.
Es evidente en efecto , que hay que dar más calor a un cuerpo para que eleve su temperatura 80 °C que para que sólo aumente 10 °C por ejemplo.
B } La masa del cuerpo que se caliente o enfrie .
Se comprende que hay que suministrar más calor para calentar 1000 g de agua hasta cierta temperatura que para calentar a la misma temperatura sólo 5 g de agua.
C } La naturaleza del cuerpo.
Es un hecho experimental que masas iguales de diversos cuerpos necesitan cantidades distintas de calor para elevar su temperatura el mismo números de grados . Hay algo en la propia naturaleza de cada cuerpo por lo que absorbe o cede calor con mayor o menor facilidad.
El producto c.m. que representa la cantidad de calor necesaria para aumentar en 1 °C la temperatura del cuerpo correspondiente , se llama capacidad calorifica del mismo. La capacidad calorifica de un mol se denomina calor molar y la de un átomo- gramo calor atómico.
El calor especifico es una constante propia de cada sustancia . Se define como el calor que debe recibir un gramo de una sustancia para que aumente 1 °C su temperatura .
EQUILIBRIO TÉRMICO.
Si se supone que no hay pérdidas de calor , el calor cedido por el cuerpo a mayor temperatura debe ser igual al calor absorbido por el cuerpo que estaba a menor temperatura . Si el proceso continua , los dos cuerpos alcanzarán la misma temperatura llegándose al equilibrio térmico y cesando el flujo de calor entre ellos.
Calorímetro.
Cuando se introducen en el calorimetro un cuerpo caliente y otro frio, parte del calor se transfiere al calorimetro y al agitador , por lo que se debe tener en cuenta cuando se efectúan mediciones de precisión.
Calores de transformación.
Se sabe que cuando un cuerpo experimenta un cambio de estado físico , puede recibir o perder calor sin que su temperatura cambie. Así, cuando un trozo de hielo funde a la presión atmosférica, se mantiene a 0°C aunque reciba calor del exterior. Dicho calor se emplea en transformar el agua sólida en agua líquida,por lo que recibe, en general el nombe de calor de transformación.
En lo que respecta a los cambios de estado físico , cada sustancia está caracterizada por coeficientes especiales.
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR.
Ya se ha visto que a la realización de un trabajo corresponde una cantidad de calor.
" Cuando un cuerpo o sistema de cuerpos , después de una serie de transformaciones , vuelve a su estado inicial , el trabajo exterior realizado es proporcional a la cantidad de calor desarrollado".
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CONCEPTOS MODERNOS DE CALOR Y TEMPERATURA.
Según las teorias que iniciaron el estudio de la calorimetria , el calor era una especie de fluido muy sutil que se producía en las combustiones y pasaba de unos cuerpos a otros , pudiendo almacenarse en ellos en mayor o menor cantidad, según su tamaño y naturaleza.
El fisico Benjamin Thompson { 1753--1814 } postuló la teoria de que el calor era una forma de energia y por consiguiente , el que aparecía en el agua de refrigeración procedia del trabajo mecánico realizado por las máquinas.
El fisico inglés Prescott Joule { 1818--1889 } logró demostrarlo experimentalmente , llegando a determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que se consume que es de
O, 239 calorias por cada julio de trabajo que se transforma integramente en calor
Por cantidad de calor que se encuentra en un cuerpo se entiende el contenido energético que posee este cuerpo en forma de energía cinética debida al movimiento desordenado de sus moléculas .Por el contrario, la temperatura es una medida del valor medio de la energía cinética de las moléculas aisladas.
La mayor o menor cantidad de calor almacenada por un cuerpo depende, primero , de su masa, ya que cuantas más particulas haya en movimiento, mayor será la energía de todas ellas ; y segundo , de la mayor o menor rapidez con que las partículas se muevan , ya que , por ejemplo , una partícula que vibre con una determinada frecuencia y amplitud tendrá menos energía que otra análoga que lo haga con más frecuencia y más amplitud.
La temperatuta es una magnitud que determina el sentido en que tienen lugar los intercambios calorificos entre los cuerpos ; así cuando dos cuerpos se ponen en contacto , la energía calorífica no pasa del que posee más calor al que posee menos , sino del que tenga más temperatura al que tenga menos .
El calor es , por lo tanto ,una magnitud cuantitativa , mientras que la temperatura es una magnitud de intensidad.
Al calentar un cuerpo, éste experimenta cierta transformaciones de muy diversos tipos . Algunas de ellas son fisicas { dilataciones, cambios de estado }y otras son quimicas { combustiones , oxidaciones } .
Al suministrar calor a un cuerpo , éste experimenta aumento en su volumen y se dice que el cuerpo se ha dilatado. La dilatación de ciertos materiales es de suma importancia en la construcción de edificios , por lo que arquitectos e ingenieros tienen muy en cuenta la dilatación de las estructuras metálicas y de hormigón .Por eso dejan espacios libres, previamente calculados, para que las vigas puedan dilatarse.
DILATACIÓN DE SÓLIDOS.
Al calentar un cuerpo sólido se dilata según sus tres dimensiones { dilatación lineal, superficial y cúbica} aunque se estudian por separado , según sea la magnitud predominante en cada caso.
La dilatación es lineal cuando la magnitud modificada es predominante una longitud..
El coeficiente de dilatación lineal de una sustancia se define como el aumento experimentado por la unidad de longitud al aumentar la temperatura
A la expresión { I + k .t } se le llama binomio de dilatación .Experimentan dilatación lineal railes de las vias férreas, puentes metálicos , hilos telegráficos , etc.
La dilatación es superficial cuando se trata de piezas de espesor pequeño y gran superficies .
DILATACIÓN DE LÍQUIDOS .
Los liquidos se dilatan mucho más que los sólidos , su dilatación se . entiende siempre que es cúbica , pues los líquidos ocupan determinado volumen.
Anomalia del AGUA .
El agua presenta anomalía o irregularidad en su dilatación .
Hasta O°C, se dilata, aumenta el volumen . De O a 4°C , se contrae ,disminuye el volumen . De 4 °C en adelante, se dilata, aumenta el volumen.
DILATACIÓN DE LOS GASES .
La dilatación de los gases al aumentar la temperatura es aún mucho más acusada que la de los líquidos se dilatación es cúbica
El coeficiente de dilatación de los gases es constante para todos ellos e independiente de la temperatura
CAMBIOS DE ESTADO.
Hay transformaciones físicas en las que al dar calor a una sustancia ésta no aumenta de temperatura . Estas transformaciones son los cambios de estado.
Se describirá ahora el proceso que tiene lugar cuando se calienta una sustancia sólida hasta pasar al estado de vapor . Sea un trozo de hielo, a la temperatura de - 20 °C.
Al ser calentado este trozo de hielo , se incrementa su temperatura hasta llegar a 0°C que es la temperatura de fusión.
Alcanzada la temperatura de O °C , el hielo empieza a fundirse y , como se puede probar experimentalmente , hasta que no termina la fusión la temperatura no varia.
Una vez que ha fundido el hielo , se va incrementando la temperatura del agua resultante , hasta que empieza la ebullición tumultuosa a los 100 °C , si la presión es de una atmósfera.
Mientras haya agua en el vaso , la temperatura permanece constante.
Si el vapor resultante es calentado , la temperatura sigue aumentando indefinidamente
Si ahora se enfría el vapor , se verifica todo el proceso anterior , pero en orden inverso , dando lugar a los cambios de estado que van acompañados de desprendimiento de calor ; licuación y solidificación .
Los cambios de estado se pueden clasificar en progresivos o directos y en regresivos o inversos . Los progresivos van . acompañados de absorción de calor y los regresivos de desprendimiento de calor
CAMBIOS DE ESTADO PROGRESIVO.
Pertenecen a este tipo .de cambio de estado la fusión, la vaporización y la sublinación. Cada estado fisico tiene más energía que el anterior , si el cambio es progresivo.
FUSIÓN .
Fusión es el cambio de sólido a líquido , se presentan dos tipos de fusión ; fusión vítrea y fusión franca La fusión es vítrea , si el cuerpo pasa .del estado sólido a líquido de forma continua y reblandeciéndose previamente . Los cuerpos amorfos como como las ceras y el vidrio , que no poseen estructura cristalina , funden asi.
La fusión es franca , si el cuerpo pasa del estado sólido al líquido sin reblandecerse previamente . Las
sustancias químicamente puras y de estructura cristalina presentan esta forma de fusión . Solamente en este caso son aplicables las leyes de la fusón.
---Mientras dura la fusión , la temperatura permanece constante.
----Cada sustancia funde a una temperatura determinada .
---La presión modifica la temperatura de fusión, si el cuerpo aumenta de volumen al fundirse , un aumento de presión provoca un aumento en la temperatura de fusión. Lo contrario sucederá si disminuye el volumen , como en el caso del agua.
El calor necesario para que funda un gramo de cierta sustancia cuando ya está a la temperatura de fusión se denomina CALOR DE FUSIÓN , el calor de fusión del hielo es de 80 cal/g.
VAPORIZACIÓN.
Vaporización es el paso de líquido a gas { vapor } , puede realizarse este cambio de estado para todos los líquidos de dos formas distintas; por evaporización y por ebullición .
La evaporización se efectúa en la superficie , lentamente y a cualquier temperatura . Así un charco de agua se evapora a la temperatura ambiente sin que tenga que hervir.
Se favorece la evaporación.
-----Aumentando la superficie libre del líquido . Por ejemplo un vaso de agua tarda más en evaporarse que si se derrama en el suelo.
---- Aumentando la temperatura . Así , en verano se seca antes la ropa que en invierno.
---Si el ambiente está seco .
---Si se remueve el aire y hace mucho viento.
La ebullición es el paso de líquido a vapor en toda la masa del líquido de forma tumultuosa y a temperatura constante . La ebullición se realiza de acuerdo con estas leyes .
----Mientras dura la ebullición , la temperatura permanece constante.
----Cada líquido hierve a una temperatura determinada , llamada Punto de Ebullición.
----El punto de ebullición aumenta o disminuye al aumentar o disminuir la presión ejercida sobre la superficie del líquido.
SUBLIMACIÓN.
Sublimación es el paso de sólido a vapor sin pasar por el estado líquido . Este cambio tiene lugar para todos los cuerpos por debajo de cierta presión característica de cada sustancia . El yodo y el alcanfor se subliman ya a la presión atmosférica normal.
Cambios de estado regresivos.
Se verifica por pérdida de energía calorífica , es decir, por enfriamiento . Son cambios de estado regresivos o inversos la licuación , la solidificación y la sublimación regresiva o condensación . El término
condensación se usa también para la licuación o paso del estado gaseoso a líquido .
Las leyes de estos cambios de estado son semejantes a las de los cambios de estado progresivo o directos .
TRANSMISIÓN DE CALOR .
El calor se transmite desde los cuerpos de mayor temperatura a los que se encuentran a temperatura inferior.
Las formas de propagación del calor son principalmente tres : por conducción , por convección y por radiación.
CONDUCCIÓN
Esta forma de transferencia del calor desde la parte caliente de un cuerpo a otra fría se llama conducción y consiste en la transferencia de calor realizada por intercambio de energía entre las partículas próximas, sin desplazamiento de las mismas.
Efectivamente , esta forma de transferencia del calor tiene lugar mediante el suministro de energía de una partícula a otra por contacto, lo que justifica que sea un proceso lento, por lo general.De todos modos ,la rapidez de la conducción depende también del material utilizado y, para decirlo en términos más precisos, de su conductividad térmica , que es la capacidad de una sustancia para conducir el calor.
La conductividad térmica varía mucho de unas sustancias a otras. Los metales , por ejemplo , suelen ser muy buenos conductores del calor, mientras otras sustancias { como el mármol, el hormigon , los ladrillos, la madera, el amianto o la lana } no son prácticamente conductoras y se llaman aislantes térmicos.
CONVECCIÓN .
Las moléculas del aire transportan el calor en su movimiento.
Convección es la transferencia del calor mediante el movimiento de las partículas del propio fluido.
La razón de este movimiento es simple : el fluido caliente se dilata , por lo que pierde densidad y asciende , siendo remplazado por fluido frío , más denso que desciende.
Para comprender la gran importancia de este modo de transferencia del calor , puede recordarse que , en
que , en buena parte , los vientos son el resultado de gigantescas corrientes de convección en la atmósfera terrestre .
RADIACIÓN.
Las radiaciones son invisibles ,la tierra recibe la energia calorifica procedente del sol por radiación ; se trata de un caso de transferencia del calor prácticamente a través del vacio y a una velocidad similar a la de la l uz .
La transmisión por radiación consiste en la transferencia de calor sin intervención de partículas materiales que transporten el calor , ya que tiene lugar mediante ondas electromagnéticas y , por lo tanto, puede realizarse incluso en el vacio.
Estas ondas son de origen eléctrico y magnético y son emitidas por los cuerpos calientes . Transportan energía y ésta es tanto mayor cuanto mayor es la temperatura de aquellos.
MEDIDA DE LA TEMPERATURA.
Para que la medida de la temperatura sea verdaderamente objetiva , hay que basarse en ciertas propiedades físicas de la materia que presentan siempre un mismo valor a una temperatura dada y que experimentan las mismas variaciones para los mismos cambios de temperatura. Se trata de propiedades que varían proporcionalmente con la temperatura .
Estos puntos fijos suelen ser la temperatura de congelación del agua y la temperatura de ebullición del agua, medidas ambas cuando la presión es de una atmósfera.
Con estos dos puntos fijos se han establecido , entre otras las siguientes escalas de temperatura.
ESCALA CELSIUS.
Se asignan los valores de 0°C { cero grados Celsius } y de 100 °C{ cien grados celsius } a los puntos de congelación y de ebullición del agua respectivamente . El intervalo entre una y otra temperatura en 180 partes iguales, llamadas grados Celsius { ° C }.
ESCALA FAHRENHEIT.
En esta escala se asigna al punto de congelación del agua el valor de 32 °F { grados Farenheit } y al de ebullición el de 212 ° F , dividiendo el intervalo comprendido entre ambas temperaturas en 180 partes iguales, llamadas grados Fahrenheit { °F}.
ESCALA ABSOLUTA KELVIN.
Al punto de congelación del agua corresponde la temperatura de 273 °K { grados Kelvin } y al punto de ebullición se le asignan 373 ° K .El intervalo entre ambas temperaturas se divide en 100 partes iguales ,llamando un Kelvin a cada una de las divisiones . El cero absoluto { 0 °K } , es decir , la temperatura más baja posible , corresponde a ---273 ° C.
Como el intervalo entre los dos puntos fijos se divide en 100 partes iguales tanto en la escala Celsius como en la escala absoluta Kelvin , se comprende que el grado Celsius es igual al Kelvin.
Fórmulas de transformación.
c = f - 32 = t-273
--- ----- ------
100 180 100
Donde :
C = temperatura en la escala Celsius .
F= temperatura en la escala Fahrenheit.
T = temperatura en la escala absoluta Kelvin.
Termómetros .
Son los aparatos destinados a medir la temperatura de los cuerpos, midiendo una magnitud física , los termómetros miden directa o indirectamente una temperatura.
Esta diversidad permite que en la práctica se pueda medir cualquier temperatura en un amplio margen.
Termómetro de líquido.
Uno de los más utilizados es el de mercurio , metal que es líquido entre -38,8 °C{ temperatura de congelación } y 357 °C { temperatura de ebullición }.
Termómetro de gas.
Que se basa en la relación que existe entre la temperatura , el volumen y la presión de una masa gaseosa.La presión del gas varía con la temperatura de manera que el aumento de presión es proporcional al aumento de temperatura. el termómetro de gas ha permitido establecer cierto número de puntos fijos en la escala de temperatura . Se utiliza principalmente para . medidas de temperatura bajas. El helio, que tiene el punto de ebullición más bajo de todos los elementos químicos hierve a -269°C.
Termómetros de resistencia .
En este tipo de termómentros se utiliza la propiedad que tienen los metales de aumentar su resistencia eléctrica con la temperatura .
Termómetro de resistencia.
Los metales más corrientemente empleados son el platino y el niquel. Una espiral de platino cuya resistencia a -200°C es igual a 2 ohmios, a la temperatura de 0°C tiene una resistencia de 11ohms y a la temperatura de 400°C una resistencia de 25 ohms. Para la determinación de las temperaturas se utilizan fórmulas empíricas ; es decir , fórmulas obtenidas a partir de medidas de la resistencia de la espiral a temperaturas conocidas.
Termómetros bimetálicos.
Utilizan la distinta dilatación de dos láminas de diferentes metales { por ejemplo. acero, y latón } en íntimo contacto y arrolladas en espiral. Al cambiar la temperatura , se deforma el arrollamiento y el extremo libre se desplaza, moviendo una aguja indicadora, que marca la temperatura.
PAR TERMOELÉCTRICO.
En la superficie de contacto de dos metales distintos aparece siempre una diferencia potencial. Esta es función de la temperatura . Si se colocan dos de estos puntos de contacto en un circuito conductor a distintas temperaturas , aparece un fuerza electromotiz termoeléctrica en el circuito. Un circuito así constituido con distintos metales se llama par termoeléctrico . Con los pares temoeléctricos , se miden siempre las de temperatura entre un punto de contacto de temperatura conocida y otro de temperatura conocida y otro de temperatura desconocida que es la que se obtiene.
PAR TERMOELÉCTRICO.
Un par termoeléctrico corriente es la combinación cobre-constantán , cuya fuerza electromotiz, { f.e.m.}
termoeléctrico es de 40 microvoltios / °C.
Pirómetro de radiación parcial.
En este aparato se utiliza la radiación emitida por una cuerpo incandescente comparándola con la radiación emitida por un hilo incandescente. Una lente reproduce el objeto cuya temperatura se debe medir, y se produce de tal manera que la imagen se situé en el mismo plano que el hilo a través de un ocular y un filtro rojo . Con una resistencia se regula que la intensidad de corriente que atraviesa el hilo tenga el mismo color que el objeto y no pueda distinguirse . Entonces se lee la temperatura en un amperio graduado en °C.
Pirometro de radiación total.
Este sistema lleva una pequeña lente convergente que reúne las radiaciones procedentes de la superficie cuya temperatura se debe medir sobre un disco metálico ennegrecido con negro de humo y soldado al hilo de un par termoeléctrico,la lectura de la temperatura se hace en un milivoltimetro graduado directamente en °C . Este tipo de pirómetro se utiliza para registrar las variaciones de temperatura de una superficie.
Termómetro de máxima y minima.
Es de mucha aplicación en la medida de temperaturas ambientales .Está constituido por un tubo de vidrio doblado en U, con mercurio y alcohol en su interior . Al desplazarse el mercurio arrastra consigo unos indices metálicos pequeños , que indican el extremo inferior o superior que ha alcanzado la temperatura . Una vez observada la temperatura , se deslizan los índices metálicos hasta tomar contacto con el mercurio , con la ayuda de un imán .
La introducción del alcohol se debe a que éste se dilata y contrae grandemente con los cambios de temperatura ; así , al aumentar la temperatura , el alcohol empuja el mercurio que asciende por el lado derecho e indica la temperatura máxima , mientras que, al disminuir ésta, se contrae el alcohol y el mercurio pasa a ocupar el vacio dejado por aquél , retrocediendo e indicando la temperatura mínima en el lado izquierdo de las dos ramas del termómetro.
CALOR ABSORBIDO O CEDIDO POR UN CUERPO.
El efecto más inmediato de la transferencia de calor de un cuerpo a otro es el cambio de temperatura, se enfría el que lo cede y se calienta el que recibe el calor.
Se comprueba fácilmente que la cantidad de calor que un cuerpo cede o recibe depende de tres factores.
A }La variación de temperatura que se desa conseguir.
Es evidente en efecto , que hay que dar más calor a un cuerpo para que eleve su temperatura 80 °C que para que sólo aumente 10 °C por ejemplo.
B } La masa del cuerpo que se caliente o enfrie .
Se comprende que hay que suministrar más calor para calentar 1000 g de agua hasta cierta temperatura que para calentar a la misma temperatura sólo 5 g de agua.
C } La naturaleza del cuerpo.
Es un hecho experimental que masas iguales de diversos cuerpos necesitan cantidades distintas de calor para elevar su temperatura el mismo números de grados . Hay algo en la propia naturaleza de cada cuerpo por lo que absorbe o cede calor con mayor o menor facilidad.
El producto c.m. que representa la cantidad de calor necesaria para aumentar en 1 °C la temperatura del cuerpo correspondiente , se llama capacidad calorifica del mismo. La capacidad calorifica de un mol se denomina calor molar y la de un átomo- gramo calor atómico.
El calor especifico es una constante propia de cada sustancia . Se define como el calor que debe recibir un gramo de una sustancia para que aumente 1 °C su temperatura .
EQUILIBRIO TÉRMICO.
Si se supone que no hay pérdidas de calor , el calor cedido por el cuerpo a mayor temperatura debe ser igual al calor absorbido por el cuerpo que estaba a menor temperatura . Si el proceso continua , los dos cuerpos alcanzarán la misma temperatura llegándose al equilibrio térmico y cesando el flujo de calor entre ellos.
Calorímetro.
Cuando se introducen en el calorimetro un cuerpo caliente y otro frio, parte del calor se transfiere al calorimetro y al agitador , por lo que se debe tener en cuenta cuando se efectúan mediciones de precisión.
Calores de transformación.
Se sabe que cuando un cuerpo experimenta un cambio de estado físico , puede recibir o perder calor sin que su temperatura cambie. Así, cuando un trozo de hielo funde a la presión atmosférica, se mantiene a 0°C aunque reciba calor del exterior. Dicho calor se emplea en transformar el agua sólida en agua líquida,por lo que recibe, en general el nombe de calor de transformación.
En lo que respecta a los cambios de estado físico , cada sustancia está caracterizada por coeficientes especiales.
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR.
Ya se ha visto que a la realización de un trabajo corresponde una cantidad de calor.
" Cuando un cuerpo o sistema de cuerpos , después de una serie de transformaciones , vuelve a su estado inicial , el trabajo exterior realizado es proporcional a la cantidad de calor desarrollado".
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sábado, 17 de diciembre de 2016
ACÚSTICA
Es aquella parte de la fisica que estudia el origen , la propagación y las propiedades del sonido y sus aplicaciones .
El sonido se produce por vibraciones de los cuerpos, que se transmite al aire que lo rodea.
A} Se toma dos panderetas , se colocan paralelas , enfrentadas y cercanas . De una de ellas se suspende un pequeño pendulo.Al golpear la otra, el péndulo de la anterior comienza a vibrar.
B} Se coloca un despertador , dentro de una campana de vacio ; cuando aquél suene no se oirá desde el exterior
Según la experiencia A } ,el sonido se produce por la vibración de un cuerpo; y según la B } se propaga en el aire , nunca en el vacio.
Las vibraciones se transmiten de zona en zona en el aire, hasta llegar a nuestro tímpano , el cual vibra transmitiendo dicho movimiento a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre él , lo que da por resultado la sensación que llamamos sonido.
El sonido se caracteriza por la intensidad, la altura y el timbre.
La intensidad es determinada por nuestra percepción , pues decimos fuertes o débiles en forma subjetiva . Pero científicamente la intensidad del sonido aumenta cuando lo hace la amplitud de la vibración.
La altura da origen a la clasificación en graves y agudos { bajos o altos } Está en función del número de vibraciones .
El oido humano no es capaz de captar sonidos de cualquier frecuencia ; los limites inferior y superior son aproximadamente 16 y 45 000 hertz respectivamente.
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y altura . cuál es la fuente de cada uno.
En el sonido la caracteristica más fácil de medir es la altura, es decir la frecuencia de la vibración que lo origina. El sonido se produce por propagaciones de ondas en el aire u otros medios ..El elemento que se emplea comúnmente es el Diapasón { varilla prismática doblada en forma de U , sostenida en su punto medio , la cual tiene una frecuencia claramente definida que depende de la longitud de las ramas y de la anchura , e independientemente del espesor.}
El instrumento más exacto para dichas mediciones es la sirena de Cayniard de la Tour.
Las ondas de la superficie del agua y el sonido son dos formas diferentes de ondas mecánicas . En el transcurso de la propagación de estas ondas , las partículas que tienen una cierta masa oscilan alrededor de su posición de equilibrio no transportando este movimiento vibratorio materia, sino solo energía .
Según la dirección en que se mueve la onda con respecto a la dirección del movimiento armónico que la origina , puede distinguirse entre : ondas longitudinales , que imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento paralelos a la dirección en que se propagan , y ondas trasversales que , por el contrario , imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento perpendiculares a la dirección de propagación { en los cuerpos sólidos son éstas las llamadas ondas de tensión } .
En el aire, el sonido se propaga en forma de onda longitudinal ; las particulas en oscilación { moléculas del aire } se desplazan desde delante hacia atrás en la dirección de propagación de la onda. A partir de su origen , el sonido se propaga en todas las direcciones .
Las ondas producidas en la superficie del agua son ejemplos de ondas trasversales . Las moléculas de agua oscilan de arriba abajo perpendicularmente a la superficie y a la dirección de propagación.
CARACTERISTICAS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO.
En todo movimiento ondulatorio es preciso considerar varios parámetros.
A } VELOCIDAD: Es el espacio longitudinal recorrido por la onda en cada unidad de tiempo. La velocidad de un movimiento ondulatorio depende del tipo de onda de que se trate y del medio de propagación.
B} PERIODO: Es el tiempo que tarda una partícula en efectuar una oscilación completa .Se representa por T . El periodo de un movimiento ondulatorio responde a la misma idea que el periodo de un movimiento armónico, de conformidad con la relación existente entre ambos movimientos.
C } LONGITUD DE ONDA : La distancia a que se propaga una onda en el trasncurso de un periodo recibe el nombre de longitud de onda. . Es igual a la distancia entre dos puntos consecutivos situados en el medio de propagación que tengan la misma posición y la misma dirección { fase } . Los puntos situados a una distancia { ye } y en la dirección de propagación se hallan en concordancia de fase.
D } AMPLITU DE ONDA : Es el valor máximo del desplazamineto , es decir, la elongación máxima.Se representa por A .
E } FRECUENCIA : Se define como el número de vibraciones que se producen en un segundo . Se expresa por la letra N y sus unidades son vibraciones / segundo, unidad que recibe el nombre de herzio
{ Hz }.
Cuando un movimiento ondulatorio incide sobre un obstáculo , se origina otro movimiento ondulatorio , denominado reflejado , que se propaga por el mismo medio ; este fenómeno se llama reflexión.
Las caracteristicas del movimiento reflejado depende de la forma que presente el obstáculo.
En consecuencia , todo movimiento ondulatorio experimenta un cambio de velocidad al pasar de un medio a otro , variación que da origen al fenómeno conocido con el nombre de refracción.
Tal como se ha dicho , en un medio homogéneo , un movimiento ondulatorio se propaga con velocidad constante siendo esta velocidad de propagación distinta para cada medio.
Las caracteristicas del movimiento refractado dependen de la forma que presente la superficie de separación de los dos medios , así como de la velocidad de propagación en ambos.
DIFRACCIÓN DE ONDAS.
Si arrojamos una piedra, se crea un movimiento ondulatorio en una de las partes , se observa que cuando las ondas llegan al orificio del tabique , al otro lado de éste aparece un segundo movimiento ondulatorio cuyo foco se encuentra en el orificio , lo que constituye el fenómeno fisico conocido como DIFRACCIÓN .
La difracción es tanto más acusada cuanto mayor es la longitud de onda y menor el tamaño del orificio ; por ello , para ondas de pequeña longitud , tales como las luminosas , el fenómeno es dificilmente perceptible , pudiendo observarse únicamente cuando el orificio es extraordinariamente pequeño.
INTERFERENCIA.
Cuando dos movimientos ondulatorios se propagan en un misma región del espacio, ambos se superponen , dando lugar a un tercer movimiento cuya elongación ---en un punto determinado y en un momento concreto--- se obtiene sumando las correspondientes elongaciones de ambos movimientos , fenómeno éste que se conoce con el nombre de INTERFERENCIA .
Conocidas las ecuaciones de propagación de dos movimientos ondulatorios , se puede deducir analíticamente la ecuación, correspondiente al movimiento que resulta de la interacción de ambos.
Si dichas ondas tienen igual dirección y sentido y además en oposición de fase { diferencia entre ambas fases de 180 ° } la sumas se anulan y los puntos están en reposo.
VELOCIDAD DEL SONIDO.
Las experiencias más exactas realizadas dan como resultado valor aproximado de la velocidad 330,7m/s, en el aire y a O° C de temperatura. Bajo el agua y a 8°C se obtuvieron 1 435 m/s.
La velocidad de propagación del sonido depende de la densidad y elasticidad del medio en el cual se propaga . Es independiente de la fercuencia y del la intensidad.
EL ECO.
Como consecuencia de la propagación del sonido por ondas , se produce el eco, que es la reflexión de la onda al llegar a una superficie de separación con un medio de distinta densidad . En realidad hay eco cuando se puede captar el sonido directo y el reflejado distiguiéndolos.
Se sabe que el oido humano es capaz de diferenciar un sonido de otro solamente si el intervalo de tiempo que transcurre entre la percepción de uno y otro es de 0,1 { una décemina de segundo.}.
Si se calcula el espacio que un sonido recorre en o,1, al transmitir por el aire { donde la velocidad es de 340 m/s,}, como v = e/t .
e=v.t = 340 m/s. 0,1 s = 34 m.
El espacio recorrido es de 34 m en linea recta . Suponga que a 17 m de usted se encuentra una pared vertical capaz de reflejar el sonido . Al pronunciar la vocal a , el sonido recorrerá 17 m hacia adelante , y al llegar a la pared, se reflejará recorriendo otros 17 m ,en sentido contrario, volviendo a usted . El espacio total recorrido por el sonido será de O,1,s, por lo que la vocal a será oída de nuevo por su oido.
Mas , por la diferencia de densidad de los medios en los cuales se propaga el sonido, no sólo se produce reflexión , sino también refracción.
El problema del eco es tenido en cuenta en las salas de espectáculos , porque la trayectoria que seguirán las ondas sonoras estará en función de la ubicación de los ornamentos, cuya distribución influirá en la pureza del sonido que se obtenga.
Nuestro cerebro está capacitado para distinguir con claridad el lugar de origen de sonidos producidos por dos fuentes desplazadas una con respecto a otra 1O ° .
RESONANCIA.
Dadas dos fuentes de vibraciones de igual naturaleza y capaces de emitir con igual frecuencia , si una de ellas comienza a vibrar , cuando las ondas lleguen a la otra , también vibrará . Este fenómeno se llama RESONANCIA .
La fórmula por la cual se cálcula la frecuencia cuando el observador se mueve con respecto a la fuente es distinta a la que permite calcular la frecuencia cuando es la fuente la que se mueve .
LLamando v´ a la velocidad relativa y v a la velocidad del sonido en el medio de propagación.
El sonido se produce por vibraciones de los cuerpos, que se transmite al aire que lo rodea.
A} Se toma dos panderetas , se colocan paralelas , enfrentadas y cercanas . De una de ellas se suspende un pequeño pendulo.Al golpear la otra, el péndulo de la anterior comienza a vibrar.
B} Se coloca un despertador , dentro de una campana de vacio ; cuando aquél suene no se oirá desde el exterior
Según la experiencia A } ,el sonido se produce por la vibración de un cuerpo; y según la B } se propaga en el aire , nunca en el vacio.
Las vibraciones se transmiten de zona en zona en el aire, hasta llegar a nuestro tímpano , el cual vibra transmitiendo dicho movimiento a los huesecillos que se apoyan suavemente sobre él , lo que da por resultado la sensación que llamamos sonido.
El sonido se caracteriza por la intensidad, la altura y el timbre.
La intensidad es determinada por nuestra percepción , pues decimos fuertes o débiles en forma subjetiva . Pero científicamente la intensidad del sonido aumenta cuando lo hace la amplitud de la vibración.
La altura da origen a la clasificación en graves y agudos { bajos o altos } Está en función del número de vibraciones .
El oido humano no es capaz de captar sonidos de cualquier frecuencia ; los limites inferior y superior son aproximadamente 16 y 45 000 hertz respectivamente.
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y altura . cuál es la fuente de cada uno.
En el sonido la caracteristica más fácil de medir es la altura, es decir la frecuencia de la vibración que lo origina. El sonido se produce por propagaciones de ondas en el aire u otros medios ..El elemento que se emplea comúnmente es el Diapasón { varilla prismática doblada en forma de U , sostenida en su punto medio , la cual tiene una frecuencia claramente definida que depende de la longitud de las ramas y de la anchura , e independientemente del espesor.}
El instrumento más exacto para dichas mediciones es la sirena de Cayniard de la Tour.
Las ondas de la superficie del agua y el sonido son dos formas diferentes de ondas mecánicas . En el transcurso de la propagación de estas ondas , las partículas que tienen una cierta masa oscilan alrededor de su posición de equilibrio no transportando este movimiento vibratorio materia, sino solo energía .
Según la dirección en que se mueve la onda con respecto a la dirección del movimiento armónico que la origina , puede distinguirse entre : ondas longitudinales , que imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento paralelos a la dirección en que se propagan , y ondas trasversales que , por el contrario , imprimen a los diferentes puntos del medio desplazamiento perpendiculares a la dirección de propagación { en los cuerpos sólidos son éstas las llamadas ondas de tensión } .
En el aire, el sonido se propaga en forma de onda longitudinal ; las particulas en oscilación { moléculas del aire } se desplazan desde delante hacia atrás en la dirección de propagación de la onda. A partir de su origen , el sonido se propaga en todas las direcciones .
Las ondas producidas en la superficie del agua son ejemplos de ondas trasversales . Las moléculas de agua oscilan de arriba abajo perpendicularmente a la superficie y a la dirección de propagación.
CARACTERISTICAS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIO.
En todo movimiento ondulatorio es preciso considerar varios parámetros.
A } VELOCIDAD: Es el espacio longitudinal recorrido por la onda en cada unidad de tiempo. La velocidad de un movimiento ondulatorio depende del tipo de onda de que se trate y del medio de propagación.
B} PERIODO: Es el tiempo que tarda una partícula en efectuar una oscilación completa .Se representa por T . El periodo de un movimiento ondulatorio responde a la misma idea que el periodo de un movimiento armónico, de conformidad con la relación existente entre ambos movimientos.
C } LONGITUD DE ONDA : La distancia a que se propaga una onda en el trasncurso de un periodo recibe el nombre de longitud de onda. . Es igual a la distancia entre dos puntos consecutivos situados en el medio de propagación que tengan la misma posición y la misma dirección { fase } . Los puntos situados a una distancia { ye } y en la dirección de propagación se hallan en concordancia de fase.
D } AMPLITU DE ONDA : Es el valor máximo del desplazamineto , es decir, la elongación máxima.Se representa por A .
E } FRECUENCIA : Se define como el número de vibraciones que se producen en un segundo . Se expresa por la letra N y sus unidades son vibraciones / segundo, unidad que recibe el nombre de herzio
{ Hz }.
Cuando un movimiento ondulatorio incide sobre un obstáculo , se origina otro movimiento ondulatorio , denominado reflejado , que se propaga por el mismo medio ; este fenómeno se llama reflexión.
Las caracteristicas del movimiento reflejado depende de la forma que presente el obstáculo.
En consecuencia , todo movimiento ondulatorio experimenta un cambio de velocidad al pasar de un medio a otro , variación que da origen al fenómeno conocido con el nombre de refracción.
Tal como se ha dicho , en un medio homogéneo , un movimiento ondulatorio se propaga con velocidad constante siendo esta velocidad de propagación distinta para cada medio.
Las caracteristicas del movimiento refractado dependen de la forma que presente la superficie de separación de los dos medios , así como de la velocidad de propagación en ambos.
DIFRACCIÓN DE ONDAS.
Si arrojamos una piedra, se crea un movimiento ondulatorio en una de las partes , se observa que cuando las ondas llegan al orificio del tabique , al otro lado de éste aparece un segundo movimiento ondulatorio cuyo foco se encuentra en el orificio , lo que constituye el fenómeno fisico conocido como DIFRACCIÓN .
La difracción es tanto más acusada cuanto mayor es la longitud de onda y menor el tamaño del orificio ; por ello , para ondas de pequeña longitud , tales como las luminosas , el fenómeno es dificilmente perceptible , pudiendo observarse únicamente cuando el orificio es extraordinariamente pequeño.
INTERFERENCIA.
Cuando dos movimientos ondulatorios se propagan en un misma región del espacio, ambos se superponen , dando lugar a un tercer movimiento cuya elongación ---en un punto determinado y en un momento concreto--- se obtiene sumando las correspondientes elongaciones de ambos movimientos , fenómeno éste que se conoce con el nombre de INTERFERENCIA .
Conocidas las ecuaciones de propagación de dos movimientos ondulatorios , se puede deducir analíticamente la ecuación, correspondiente al movimiento que resulta de la interacción de ambos.
Si dichas ondas tienen igual dirección y sentido y además en oposición de fase { diferencia entre ambas fases de 180 ° } la sumas se anulan y los puntos están en reposo.
VELOCIDAD DEL SONIDO.
Las experiencias más exactas realizadas dan como resultado valor aproximado de la velocidad 330,7m/s, en el aire y a O° C de temperatura. Bajo el agua y a 8°C se obtuvieron 1 435 m/s.
La velocidad de propagación del sonido depende de la densidad y elasticidad del medio en el cual se propaga . Es independiente de la fercuencia y del la intensidad.
EL ECO.
Como consecuencia de la propagación del sonido por ondas , se produce el eco, que es la reflexión de la onda al llegar a una superficie de separación con un medio de distinta densidad . En realidad hay eco cuando se puede captar el sonido directo y el reflejado distiguiéndolos.
Se sabe que el oido humano es capaz de diferenciar un sonido de otro solamente si el intervalo de tiempo que transcurre entre la percepción de uno y otro es de 0,1 { una décemina de segundo.}.
Si se calcula el espacio que un sonido recorre en o,1, al transmitir por el aire { donde la velocidad es de 340 m/s,}, como v = e/t .
e=v.t = 340 m/s. 0,1 s = 34 m.
El espacio recorrido es de 34 m en linea recta . Suponga que a 17 m de usted se encuentra una pared vertical capaz de reflejar el sonido . Al pronunciar la vocal a , el sonido recorrerá 17 m hacia adelante , y al llegar a la pared, se reflejará recorriendo otros 17 m ,en sentido contrario, volviendo a usted . El espacio total recorrido por el sonido será de O,1,s, por lo que la vocal a será oída de nuevo por su oido.
Mas , por la diferencia de densidad de los medios en los cuales se propaga el sonido, no sólo se produce reflexión , sino también refracción.
El problema del eco es tenido en cuenta en las salas de espectáculos , porque la trayectoria que seguirán las ondas sonoras estará en función de la ubicación de los ornamentos, cuya distribución influirá en la pureza del sonido que se obtenga.
Nuestro cerebro está capacitado para distinguir con claridad el lugar de origen de sonidos producidos por dos fuentes desplazadas una con respecto a otra 1O ° .
RESONANCIA.
Dadas dos fuentes de vibraciones de igual naturaleza y capaces de emitir con igual frecuencia , si una de ellas comienza a vibrar , cuando las ondas lleguen a la otra , también vibrará . Este fenómeno se llama RESONANCIA .
La fórmula por la cual se cálcula la frecuencia cuando el observador se mueve con respecto a la fuente es distinta a la que permite calcular la frecuencia cuando es la fuente la que se mueve .
LLamando v´ a la velocidad relativa y v a la velocidad del sonido en el medio de propagación.
domingo, 11 de diciembre de 2016
HIDRODINÁMICA.
Es la parte de la dinámica que estudia el movimiento de los líquidos.
Esta rama de la mecánica se denomina hidrodinámica por el hecho de que el agua es el líquido más abundante en la naturaleza. Ahora bien , las leyes de la hidrodinámica son válidas tanto para el agua como para todos los demás líquidos e incluso para los gases, siempre que no haya grandes variaciones en los valores de la presión.
"Régimen estacionario ", que es aquel en el cual las caracteristicas del movimiento no experimentan variación alguna con el paso del tiempo, esto es : si por un punto P pasa en un instante dado una particula del líquido con una velocidad v y una aceleración a , describiendo después una determinada trayectoria , todas las particulas que posteriormente pasen por P lo harán con la misma velocidad y aceleración , y siguiendo la misma trayectoria.
REGÍMENES DEL MOVIMIENTO DE LÍQUIDOS.
La hidrodinámica es una de las ramas de la mecánica cuyo estudio resulta más complicado, debido al gran número de magnitudes fisicas : espacio,velocidad , aceleración , masa, fuerza,viscosidad, etc. que intervienen en el fenómeno del movimiento de un líquido , movimiento que tiene lugar a lo largo de una conducción según tres regímenes de distinta naturaleza denominados.
---------Régimen sin rozamiento o de Bernoulli.
---------Régimen laminar o de Poiseuille.
---------Régimen turbulento o de Venturi.
El régimen sin rozamiento o de Bernoulli se representa cuando la velocidad del líquido no es muy grande, la conducción no presenta cambios bruscos de dirección y el punto y el líquido está desprovisto por completo de viscosidad. Se caracteriza porque todas las partículas que en un momento dado se encuentran en una misma sección S { subuno } de la conducción , se mueven simultáneamente de modo que en cualquier instante posterior siguen estando todas en una misma sección S { subdos. }
El régimen laminar o de Poiseulle se produce cuando se dan las mismas circunstancias que en el régimen sin rozamiento , salvo una : el líquido posee viscosidad , se caracteriza porque todas las partículas se mueven con mayor velocidad cuanto más alejadas se encuentran de las paredes del conducto, de tal modo que todas las que en un instante dado se encuentran en la misma sección S{ subuno} en otro instante posterior no lo están , debido a que las que se hallan en el centro de la conducción se desplazan una distancia mayor que las situadas en las proximidades o en contacto con las paredes. Tanto en el régimen sin rozamiento como en el laminar es de notable interés considerar los conceptos de linea de corriente y tubo de corriente .
El régimen turbulento o de Venturi se presenta cuando la velocidad del líquido es muy grande o cuando la conducción presenta bruscos cambios de dirección. Se caracteriza por la presencia de torbellinos y porque las lineas de corriente se cortan entre si, constituyendo un movimiento totalmente caótico.
LÍNEA DE CORRIENTE.
Es la trayectoria seguida por una partícula del fluido , Sus caracteristicas principales son :
A} En cualquier punto de la linea de corriente , el vector velocidad es siempre tangente a la misma
B } La velocidad de una partícula varia , en general tanto en magnitud como en dirección a lo largo de la línea de corriente , pero en el régimen estacionario todas las partículas que pasen por un punto dado P tendrán la misma velocidad v . Es . decir, que en cada punto hay un solo vector velocidad.
TUBO DE CORRIENTE.
Es el conjunto formado por todas las lineas de corriente que atraviesan una superficie cerrada concreta.
Para aclarar el concepto de tubo de corriente , podemos imaginarnos que la propia tuberia por la que circula un fluido forma un tubo de corriente.
Las características principales de un tubo de corriente son las siguientes .
A} Un tubo de corriente puede tener distinta sección a lo largo de las lineas de corriente.
B} El número de lineas de corrientes es el mismo para cualquier sección del tubo de corriente.
C} Las lineas de corriente nunca se cruzan unas con otras en el tubo de corriente.
D} El flujo del fluido a través del tubo de corriente es constante .Esto quiere decir que no existen pérdidas de flujo a través de las paredes laterales del tubo.
E } Para cualquier sección de un tubo de corriente , la velocidad de las particulas que la atraviesan es la misma. Así , las partículas que atraviesan la sección A tienen todas la velocidad Va{ sud a } ,las que atraviesan la sección B tienen todas la velocidad Vh etc.
Las velocidades de las partículas de un líquido en los distintos puntos de una conducción son inversamente proporcionales a las secciones correspondientes .
Esta ecuación implica que la velocidad de la corriente es tanto mayor cuanto más pequeña sea la sección que atraviesa.
GASTO CAUDAL.
El producto S.v se denomina gasto o caudal, y se representa por Q.
Q= S.v .
En consecuencia , la ecuación de continuidad se puede enunciar también diciendo " el gasto de una conducción , por la que circula un líquido con movimiento estacionario, es constante "
TEOREMA DE BERNOULLI.
Este teorema puede ser considerado como la ecuación fundamental de la hidrodinámica . Relaciona las presiones , alturas y velocidades de dos particulas de un líquido incomprensible y carente de viscosidad. situadas en distintos puntos de una conducción.
" la suma de las presiones estática , p { debida al movimiento aleatorio de las particulas } . de la presión dinámica, 1 /2 d.v { al cuadrado } y de la presión hidrostática d.g.h { debida al propio peso del líquido} permanece constante a lo largo del líquido en movimiento."
Cuando un fluido está en reposo , su velocidad es nula en todos sus puntos , de manera que , mediante la aplicación de la ecuación de Bernoulli , a dos puntos cualesquiera del fluido , obtendremos la expresión de la ecuación fundamental de la hidrostática .
TEOREMA DE TORRICELLI.
Puede demostrarse fácilmente que a la salida del orificio , el líquido adquiere una velocidad que es precisamente la misma que si cayese libremente desde el nivel de la superficie libre al nivel del agujero. Este enunciado constituye el teorema de Torrecille.
EFECTO VENTURI
El efecto. Venturi se basa en la aplicación del teorema de Bernoulli y la ecuación de continuidad.
Enunciado " La presión del fluido aumenta en las zonas de mayor sección y disminuye en los estrechamientos ".
El tubo de Venturi colocado en una conducción de agua , se utiliza como contador y con él se calculan la velocidad del fluido y el caudal que fluye por el mismo.
Con pequeñas modificaciones , el tubo de Venturi puede utilizarse para medir el flujo sanguineo, asi como la velocidad de otros fluidos.
Aplicaciones del efecto Venturi.
El efecto Venturi es el principio fisico en el que se basan gran cantidad de mecanismos de uso frecuente A continuación se enuncian algunos de ellos.
TROMPA DE AGUA.
Es un aparato destinado a enrarecer al aire en el interior de un recipiente.
La corriente de agua , al pasar por el estrechamiento , experimenta un aumento de velocidad y , como consecuencia , por el efecto de Venturi , se produce una baja presión , con lo que se consigue succionar aire de la cámara produciendo su enrarecimiento.
PULVERIZADOR.
Como su nombre indica , es un aparato empleado para pulverizar líquidos. Su funcionamiento es el siguiente : se hace pasar una corriente de aire a través de un tubo que tiene un estrangulamiento en el cual desemboca otro tubo , que viene de un recipiente lleno de líquido . La velocidad de la corriente de aire aumenta en el estrangulamiento de donde resulta una depresión que aspira el líquido del recipiente ; el líquido , en estado de muy finas gotitas, seguira la corriente de aire y será eyectado
Mechero.Bunsen.
Es un mechero en el que el paso del gas combustible origina la entrada del aire necesario para la combustión.
Consiste en dos tubos concéntricos . El tubo interior va provisto de un estrechamiento en su extremo , en tanto que el exterior posee un orificio lateral, justamente a la altura en que se encuentra el extremo del tubo interior.
La corriente de gas, que circula por el tubo experimenta un aumento de velocidad al llegar al extremo del mismo , con lo que se produce una depresión , que origina la entrada de aire por el orificio lateral del tubo exterior.
A partir de este instante , ambos gases--combustible y aire --circulan mezclados hasta llegar a la parte superior del tubo exterior, donde se realiza la combustión.
VISCOSIDAD.
En el estudio de la hidrodinámica , se ha supuesto que los líquidos se hallan completamente desprovistos de viscosidad.
Sin embargo, esto no es cierto, ya que, en realidad existen unas fuerzas de rozamiento entre las particulas de los fluidos en movimiento. Si éstas son muy perceptibles se dice que los fluidos son viscosos.
Viscosidad es la propiedad de ciertor liquidos --debida al frotamiento de sus moléculas ---de resistirse a la dirección de su movimiento.
La viscosidad, que resulta como efecto combinado de la adhesión y la cohesión es el contrario de la fluidez .Son cuerpos muy viscosos : el aceite, la miel, etc.
Si se considera el movimiento de las partículas de fluido que éstan en contacto con la pared, se observará que son frenadas por la misma y que la velocidad aumenta en aquellas que estan más alejadas de la pared .Se llama caída de velocidad a la relación entre la diferencia de velocidades v entre
dos partículas y la distancia r que las separa.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la superficie de contacto entre dos capas de fluido y a la caida de velocidad...
" Se llama poise a la viscosidad de un fluido tal que al deslizarse uno sobre otro dos elementos de superficie del mismo., de 1 cm { al cuadrado } y a la distancia mutua de 1 cm , sufren una fuerza de rozamiento de una dina que da lugar a una diferencia relativa de velocidades de 1 cm /seg"
Para aquellas medidas en las que el poise resulte excesivamente grande, se emplea un submultiplo cien veces menor, que se denomina centipoise y se representa por Cp
1 p =100cP .
Según el teorema de Bernoulli , para un tubo horizontal de sección constante, debería mantenerse constante la presión estática en todos sus puntos, ya que la velocidad es fija . Debido no obstante , al fenómeno de la viscosidad que presentan todos los líquidos , en mayor o menor , se observa a lo largo del tubo, en el sentido del movimiento , una disminución de dicha presión , llamada pérdida de carga.
Sin embargo , la viscosidad resulta dificil de medir, por lo que , en su lugar , se utiliza otra magnitud , directamente relacionada con ella y de más fácil medición, denominada viscosidad cinématica .
Viscosidad cinématica es el cociente que resulta de dividir la viscosidad de un líquido entre su densidad se representa por n´
Por ser la viscosidad cinématica el cociente que resulta de dividir la viscosidad entre la densidad , su formula dimensional se obtiene dividiendo las formulas dimensionales de .la viscosidad y la densidad.
La determinación de la viscosidad de un líquido se realiza mediante un aparato denominado viscosímetro,recipiente con un orificio en su fondo.
Tal como se ha estudiado anteriormente , un fluido viscoso, al circular por una tubería, puede hacerlo en régimen laminar o turbulento.
Fue el físico inglés Osborne Reynolds { 1842--1912 } quien , mediante diversas experiencias , demostró que la velocidad crítica es directamente proporcional a la viscosidad n del fluido , e inversamente proporcional a su densidad d y al diámetro, de modo que Vk.
No todas las moléculas de un líquido sufren las mismas fuerzas de atracción por parte de las que están a su alrededor , las fuerzas de atracción recíproca entre las moléculas se denominan fuerzas de cohesión .Aparte éstas existen otras fuerzas de atracción , entre las moléculas del líquido, y las paredes del recipiente que lo contiene, denominadas de adhesión.
Se denomina meniscos las distintas formas que adopta la superficie de los líquidos en la zona de contacto con la pared de la vasija que los contiene .La forma de los meniscos depende del valor de las fuerzas de cohesión y adherencia.
LA LEY DE JURIN.
" La altura alcanzada por un líquido en tubo capilar es proporcional a la tension superficial e inversamente proporcional al radio del tubo y a la densidad del líquido "
Los fenomenos capilares explican la ascención de la savia que alimentan las plantas, asi como también por qué sube la gasolina por la mecha del encendedor , cómo el agua sube por los interticios de la tierra y la absorción de la tinta por los secantes.
Esta rama de la mecánica se denomina hidrodinámica por el hecho de que el agua es el líquido más abundante en la naturaleza. Ahora bien , las leyes de la hidrodinámica son válidas tanto para el agua como para todos los demás líquidos e incluso para los gases, siempre que no haya grandes variaciones en los valores de la presión.
"Régimen estacionario ", que es aquel en el cual las caracteristicas del movimiento no experimentan variación alguna con el paso del tiempo, esto es : si por un punto P pasa en un instante dado una particula del líquido con una velocidad v y una aceleración a , describiendo después una determinada trayectoria , todas las particulas que posteriormente pasen por P lo harán con la misma velocidad y aceleración , y siguiendo la misma trayectoria.
REGÍMENES DEL MOVIMIENTO DE LÍQUIDOS.
La hidrodinámica es una de las ramas de la mecánica cuyo estudio resulta más complicado, debido al gran número de magnitudes fisicas : espacio,velocidad , aceleración , masa, fuerza,viscosidad, etc. que intervienen en el fenómeno del movimiento de un líquido , movimiento que tiene lugar a lo largo de una conducción según tres regímenes de distinta naturaleza denominados.
---------Régimen sin rozamiento o de Bernoulli.
---------Régimen laminar o de Poiseuille.
---------Régimen turbulento o de Venturi.
El régimen sin rozamiento o de Bernoulli se representa cuando la velocidad del líquido no es muy grande, la conducción no presenta cambios bruscos de dirección y el punto y el líquido está desprovisto por completo de viscosidad. Se caracteriza porque todas las partículas que en un momento dado se encuentran en una misma sección S { subuno } de la conducción , se mueven simultáneamente de modo que en cualquier instante posterior siguen estando todas en una misma sección S { subdos. }
El régimen laminar o de Poiseulle se produce cuando se dan las mismas circunstancias que en el régimen sin rozamiento , salvo una : el líquido posee viscosidad , se caracteriza porque todas las partículas se mueven con mayor velocidad cuanto más alejadas se encuentran de las paredes del conducto, de tal modo que todas las que en un instante dado se encuentran en la misma sección S{ subuno} en otro instante posterior no lo están , debido a que las que se hallan en el centro de la conducción se desplazan una distancia mayor que las situadas en las proximidades o en contacto con las paredes. Tanto en el régimen sin rozamiento como en el laminar es de notable interés considerar los conceptos de linea de corriente y tubo de corriente .
El régimen turbulento o de Venturi se presenta cuando la velocidad del líquido es muy grande o cuando la conducción presenta bruscos cambios de dirección. Se caracteriza por la presencia de torbellinos y porque las lineas de corriente se cortan entre si, constituyendo un movimiento totalmente caótico.
LÍNEA DE CORRIENTE.
Es la trayectoria seguida por una partícula del fluido , Sus caracteristicas principales son :
A} En cualquier punto de la linea de corriente , el vector velocidad es siempre tangente a la misma
B } La velocidad de una partícula varia , en general tanto en magnitud como en dirección a lo largo de la línea de corriente , pero en el régimen estacionario todas las partículas que pasen por un punto dado P tendrán la misma velocidad v . Es . decir, que en cada punto hay un solo vector velocidad.
TUBO DE CORRIENTE.
Es el conjunto formado por todas las lineas de corriente que atraviesan una superficie cerrada concreta.
Para aclarar el concepto de tubo de corriente , podemos imaginarnos que la propia tuberia por la que circula un fluido forma un tubo de corriente.
Las características principales de un tubo de corriente son las siguientes .
A} Un tubo de corriente puede tener distinta sección a lo largo de las lineas de corriente.
B} El número de lineas de corrientes es el mismo para cualquier sección del tubo de corriente.
C} Las lineas de corriente nunca se cruzan unas con otras en el tubo de corriente.
D} El flujo del fluido a través del tubo de corriente es constante .Esto quiere decir que no existen pérdidas de flujo a través de las paredes laterales del tubo.
E } Para cualquier sección de un tubo de corriente , la velocidad de las particulas que la atraviesan es la misma. Así , las partículas que atraviesan la sección A tienen todas la velocidad Va{ sud a } ,las que atraviesan la sección B tienen todas la velocidad Vh etc.
Las velocidades de las partículas de un líquido en los distintos puntos de una conducción son inversamente proporcionales a las secciones correspondientes .
Esta ecuación implica que la velocidad de la corriente es tanto mayor cuanto más pequeña sea la sección que atraviesa.
GASTO CAUDAL.
El producto S.v se denomina gasto o caudal, y se representa por Q.
Q= S.v .
En consecuencia , la ecuación de continuidad se puede enunciar también diciendo " el gasto de una conducción , por la que circula un líquido con movimiento estacionario, es constante "
TEOREMA DE BERNOULLI.
Este teorema puede ser considerado como la ecuación fundamental de la hidrodinámica . Relaciona las presiones , alturas y velocidades de dos particulas de un líquido incomprensible y carente de viscosidad. situadas en distintos puntos de una conducción.
" la suma de las presiones estática , p { debida al movimiento aleatorio de las particulas } . de la presión dinámica, 1 /2 d.v { al cuadrado } y de la presión hidrostática d.g.h { debida al propio peso del líquido} permanece constante a lo largo del líquido en movimiento."
Cuando un fluido está en reposo , su velocidad es nula en todos sus puntos , de manera que , mediante la aplicación de la ecuación de Bernoulli , a dos puntos cualesquiera del fluido , obtendremos la expresión de la ecuación fundamental de la hidrostática .
TEOREMA DE TORRICELLI.
Puede demostrarse fácilmente que a la salida del orificio , el líquido adquiere una velocidad que es precisamente la misma que si cayese libremente desde el nivel de la superficie libre al nivel del agujero. Este enunciado constituye el teorema de Torrecille.
EFECTO VENTURI
El efecto. Venturi se basa en la aplicación del teorema de Bernoulli y la ecuación de continuidad.
Enunciado " La presión del fluido aumenta en las zonas de mayor sección y disminuye en los estrechamientos ".
El tubo de Venturi colocado en una conducción de agua , se utiliza como contador y con él se calculan la velocidad del fluido y el caudal que fluye por el mismo.
Con pequeñas modificaciones , el tubo de Venturi puede utilizarse para medir el flujo sanguineo, asi como la velocidad de otros fluidos.
Aplicaciones del efecto Venturi.
El efecto Venturi es el principio fisico en el que se basan gran cantidad de mecanismos de uso frecuente A continuación se enuncian algunos de ellos.
TROMPA DE AGUA.
Es un aparato destinado a enrarecer al aire en el interior de un recipiente.
La corriente de agua , al pasar por el estrechamiento , experimenta un aumento de velocidad y , como consecuencia , por el efecto de Venturi , se produce una baja presión , con lo que se consigue succionar aire de la cámara produciendo su enrarecimiento.
PULVERIZADOR.
Como su nombre indica , es un aparato empleado para pulverizar líquidos. Su funcionamiento es el siguiente : se hace pasar una corriente de aire a través de un tubo que tiene un estrangulamiento en el cual desemboca otro tubo , que viene de un recipiente lleno de líquido . La velocidad de la corriente de aire aumenta en el estrangulamiento de donde resulta una depresión que aspira el líquido del recipiente ; el líquido , en estado de muy finas gotitas, seguira la corriente de aire y será eyectado
Mechero.Bunsen.
Es un mechero en el que el paso del gas combustible origina la entrada del aire necesario para la combustión.
Consiste en dos tubos concéntricos . El tubo interior va provisto de un estrechamiento en su extremo , en tanto que el exterior posee un orificio lateral, justamente a la altura en que se encuentra el extremo del tubo interior.
La corriente de gas, que circula por el tubo experimenta un aumento de velocidad al llegar al extremo del mismo , con lo que se produce una depresión , que origina la entrada de aire por el orificio lateral del tubo exterior.
A partir de este instante , ambos gases--combustible y aire --circulan mezclados hasta llegar a la parte superior del tubo exterior, donde se realiza la combustión.
VISCOSIDAD.
En el estudio de la hidrodinámica , se ha supuesto que los líquidos se hallan completamente desprovistos de viscosidad.
Sin embargo, esto no es cierto, ya que, en realidad existen unas fuerzas de rozamiento entre las particulas de los fluidos en movimiento. Si éstas son muy perceptibles se dice que los fluidos son viscosos.
Viscosidad es la propiedad de ciertor liquidos --debida al frotamiento de sus moléculas ---de resistirse a la dirección de su movimiento.
La viscosidad, que resulta como efecto combinado de la adhesión y la cohesión es el contrario de la fluidez .Son cuerpos muy viscosos : el aceite, la miel, etc.
Si se considera el movimiento de las partículas de fluido que éstan en contacto con la pared, se observará que son frenadas por la misma y que la velocidad aumenta en aquellas que estan más alejadas de la pared .Se llama caída de velocidad a la relación entre la diferencia de velocidades v entre
dos partículas y la distancia r que las separa.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la superficie de contacto entre dos capas de fluido y a la caida de velocidad...
" Se llama poise a la viscosidad de un fluido tal que al deslizarse uno sobre otro dos elementos de superficie del mismo., de 1 cm { al cuadrado } y a la distancia mutua de 1 cm , sufren una fuerza de rozamiento de una dina que da lugar a una diferencia relativa de velocidades de 1 cm /seg"
Para aquellas medidas en las que el poise resulte excesivamente grande, se emplea un submultiplo cien veces menor, que se denomina centipoise y se representa por Cp
1 p =100cP .
Según el teorema de Bernoulli , para un tubo horizontal de sección constante, debería mantenerse constante la presión estática en todos sus puntos, ya que la velocidad es fija . Debido no obstante , al fenómeno de la viscosidad que presentan todos los líquidos , en mayor o menor , se observa a lo largo del tubo, en el sentido del movimiento , una disminución de dicha presión , llamada pérdida de carga.
Sin embargo , la viscosidad resulta dificil de medir, por lo que , en su lugar , se utiliza otra magnitud , directamente relacionada con ella y de más fácil medición, denominada viscosidad cinématica .
Viscosidad cinématica es el cociente que resulta de dividir la viscosidad de un líquido entre su densidad se representa por n´
Por ser la viscosidad cinématica el cociente que resulta de dividir la viscosidad entre la densidad , su formula dimensional se obtiene dividiendo las formulas dimensionales de .la viscosidad y la densidad.
La determinación de la viscosidad de un líquido se realiza mediante un aparato denominado viscosímetro,recipiente con un orificio en su fondo.
Tal como se ha estudiado anteriormente , un fluido viscoso, al circular por una tubería, puede hacerlo en régimen laminar o turbulento.
Fue el físico inglés Osborne Reynolds { 1842--1912 } quien , mediante diversas experiencias , demostró que la velocidad crítica es directamente proporcional a la viscosidad n del fluido , e inversamente proporcional a su densidad d y al diámetro, de modo que Vk.
No todas las moléculas de un líquido sufren las mismas fuerzas de atracción por parte de las que están a su alrededor , las fuerzas de atracción recíproca entre las moléculas se denominan fuerzas de cohesión .Aparte éstas existen otras fuerzas de atracción , entre las moléculas del líquido, y las paredes del recipiente que lo contiene, denominadas de adhesión.
Se denomina meniscos las distintas formas que adopta la superficie de los líquidos en la zona de contacto con la pared de la vasija que los contiene .La forma de los meniscos depende del valor de las fuerzas de cohesión y adherencia.
LA LEY DE JURIN.
" La altura alcanzada por un líquido en tubo capilar es proporcional a la tension superficial e inversamente proporcional al radio del tubo y a la densidad del líquido "
Los fenomenos capilares explican la ascención de la savia que alimentan las plantas, asi como también por qué sube la gasolina por la mecha del encendedor , cómo el agua sube por los interticios de la tierra y la absorción de la tinta por los secantes.
domingo, 4 de diciembre de 2016
AEROSTÁTICA
Es la parte de la fisica que trata de los gases en reposo. En principio . los teoremas que se han estudiado en hidrostatica y sus consecuencias son también aplicables a los gases, si bien éstos presentan algunas caracteristicas peculiares , por lo que se tratan separadamente.
PROPIEDADES DE LOS GASES .
Las moléculas que constituyen los gases se encuentran en una situación notablemente distinta a la que presentan las particulas de los líquidos y solidos . Esta situación produce en los gases las siguientes propiedades.
A } Las fuerzas de atracción que unas moléculas ejercen sobre otras son prácticamente despreciables , como consecuencia , las distintas que separan unas moléculas de otras son sumamente grandes en comparación con el tamaño de las mismas . Por ello la densidad de los gases es muy pequeña
B } Debido a las minimas atracciones entre las moléculas , éstas tienen total libertad de movimientos y se desplazan constantemente , de forma desordenada , a gran velocidad .
C } El gas tiende a ocupar todo el recinto que lo contiene . Por ello se dice que los gases son muy expansibles y carecen de volumen definido adaptándose a la forma del recipiente..
D } Las moléculas chocan unas con otras constantemente y con las paredes del recipiente , sin esto suponga pérdida total de energía . Los choques contra el recipiente son la causa de la presión que el gas produce contra las paredes y el fondo de aquél .
E } La compresibilidad es una de las características más peculiares de los gases . Significa que , bajo el efecto de una presión externa, las moléculas del gas reducen al minimo las distancias que las separan.
PESO DEL AIRE.
Se ha comprobado en un frasco vacio, pesado antes de la experiencia , que una vez extraído el aire de su interior , al repetir la pesada, disminuye el peso.
Cada metro cúbico de aire pesa 1,03 kp.
La presión atmosférica normal es la que equilibra una columna de mercurio de 76 cm de altura , a O°C de temperatura y a un valor normal de la aceleración de la gravedad { g = 980,665 cm/ s} al cuadrado.
DATOS .
PESO DEL AIRE: cada metro cúbico de aire pesa 1. 03 kg.
Energia es todo lo que se puede convertir en trabajo mecánico.
La energía fluente : es aquella que se está renovando constantemente , como la radiación solar , el viento y las corrientes de agua.
El término energía básica engloba las formas de energía existentes en la tierra en cantidades limitadas, carbón , petróleo , gas natural uranio etc.
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se trasnforma.
La materia misma se puede transformar en energía y de hecho se la considera como energía condensada.
¿ como se mide la energía ?
Un cuerpo que se desplaza 1 m mediante una fuerza de 1 newton , consume 1 julio de energía . Todas las formas de energía se pueden medir con esta unidad .
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES.
" un sólido sumergido en un líquido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de líquido que desaloja "
ESTADOS DE LA MATERIA.
A la temperatura ordinaria una roca es sólida , el agua liquida y el gaseoso.
En un liquido ciertas moléculas pueden tener una energía cinética mayor y expande las demás.
EL GAS .
La materia puede presentarse en distintos estados de agregación : sólido, líquido,y gaseoso.
En el primero , las moléculas se hallan estrechamente unidas por potentes fuerzas de atracción , mientras que en las dos últimas, estas fuerzas son más debiles, un cuerpo puede pasar de un estado a otro si varian las condiciones de presión y / O temperatura.
VOLUMEN.
Si se comprime el gas del recipiente mediante un émbolo o pistón , el volumen se reduce y los choques de las moléculas del gas se producen en un área menor del recipiente , con lo que la presión sobre éste aumenta Si el émbolo baja rápidamente se aumenta también la velocidad de las moléculas y se incrementa la temperatura.
El movimiento de las moléculas explica las propiedades de los gases , las moléculas de un gas con la forma de pequeñas bolas con la forma en continuo movimiento que colisionan entre ellas y con las paredes del recipiente ; sus movimientos explican los fenómenos de presión temperatura y volumen.
Ley de Avogadro en un globo.
El fisico italiano Avogadro establecio que volumenes iguales de gases distintos a iguales condiciones de presión y temperatura tienen el mismo número de moléculas . Es decir , las ligeras moléculas de hidrógeno en el globo aerostático se hallan en igual número que las más pesadas que forman la mezcla del aire para un volumen dado. Por esto el hidrógeno , gas ligero, flota en el aire.
TEMPERATURA.
La velocidad media de las moléculas gaseosas determina la temperatura .Si se calienta el recipiente , la velocidad, de las moléculas aumenta y la presión sobre las paredes del mismo también . Si no se ejerciera fuerza sobre el émbolo, este seria impulsado hacia arriba por el gas y el volumen también aumentaria.
PRESIÓN.
Las moléculas del gas están en continuo movimiento y constantemente están chocando contra las paredes del recipiente . La suma de millones de estas minusculas colisiones constituyen la presión que el gas ejerce sobre el recipiente.
EL SONIDO.
El sonido está formado por vibraciones mecánicas del aire y otras sustancias , a frecuencias susceptibles de ser percibidas por el oido humano.Las vibraciones regulares producen notas musicales , las irregulares ruido ,las notas de alta frecuencia tienen un tono agudo y las de baja frecuencia un tono grave . El oido humano sólo es capaz de percibir frecuencias comprendidas entre 16 y 20.000 HZ
El sonido se produce por la propagación de ondas en el aire y otras sustancias .
Al tocar una trompeta el aire se comprime y a continuación se expande , por lo que se generan ondas sonoras. En el aire comprimido las moléculas se mueven unas hacia otras, mientras que al expandirlas el aire se mueven en sentido opuesto..
ATMÓSFERA FISICA.
Es la presión ejercida por una columna de mercurio de 76 cm de altura.
1 atm= 76 cm de Hg.
TOR.
Es una unidad llamada asi en honor de Torricelli . Es la presión ejercida por una columna de 1 mm de altura.
1 tor = 1 mm de Hg.
de donde se deduce ----1 atm = 760 tor.
FUERZA ASCENSORIAL
Principio de Arquimedes: " todo cuerpo sumergido en un gas recibe un empuje de abajo hacia arriba igual que el peso del gas que desaloja "
Ley de Boyle y Mariotte: " A temperatura constante , los volumenes que ocupa una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a que está sometida "
Y en general se puede decir que a temperatura constante , el producto de la presión por el volumen de una masa gaseosa es constante. p.v = constante.
Es conveniente aclarar que los gases reales no cumplen rigurosamente esta ley..
APARATOS PARA LA MEDIDA DE PRESIONES.
Barómetros.
Son aparatos destinados a la medida de la presión atmosférica . Los tipos más utilizados son el de mercurio y los métalico.
Uno de los más utilizados es el de Fortin.Lleva una escala de latón adosada al tubo barométrico, graduada en milimetros de mercurio. El cero de la escala se hace coincidir con el nivel del mercurio en la cubeta por una punta de marfil , M, y mediante desplazamiento de la cubeta en el tornillo. T.
El tipo más frecuente es el de VIDI,Consta de una capsula metálica con su tapa superior ondulada y flexible , en cuyo interior se ha efectuado un vacio parcial.
Manómetros .
Son aparatos que sirven para medir la presión de los gases encerrados en recipientes . Identicamente al caso de los barómetros , pueden dividirse en manómetros de mercurio y metálicos.Los manómetros metálicos se emplean para medir la presión en el interior de cilindros con gases,del vapor de agua en las calderas de vapor etc.
MÁQUINAS NEUMÁTICAS.
Una de las aplicaciones más simples y conocidas de la ley de BOYLE y MARIOTTE está dada por el funcionamiento de las bombas hidráulicas a émbolo.
Se las clasifica en : aspirantes , impelentes y aspirantes--impelentes .En las primeras sale el agua cuando sale el émbolo ; en las segundas, cuando baja , las últimas son combinación de las anteriores pero, en todas, es discontinua la salida del agua.
La bomba de incendio consta además de una cámara de aire donde se produce una presión que permite la continuación en la salida de agua durante el vaiven del émbolo.
PROPIEDADES DE LOS GASES .
Las moléculas que constituyen los gases se encuentran en una situación notablemente distinta a la que presentan las particulas de los líquidos y solidos . Esta situación produce en los gases las siguientes propiedades.
A } Las fuerzas de atracción que unas moléculas ejercen sobre otras son prácticamente despreciables , como consecuencia , las distintas que separan unas moléculas de otras son sumamente grandes en comparación con el tamaño de las mismas . Por ello la densidad de los gases es muy pequeña
B } Debido a las minimas atracciones entre las moléculas , éstas tienen total libertad de movimientos y se desplazan constantemente , de forma desordenada , a gran velocidad .
C } El gas tiende a ocupar todo el recinto que lo contiene . Por ello se dice que los gases son muy expansibles y carecen de volumen definido adaptándose a la forma del recipiente..
D } Las moléculas chocan unas con otras constantemente y con las paredes del recipiente , sin esto suponga pérdida total de energía . Los choques contra el recipiente son la causa de la presión que el gas produce contra las paredes y el fondo de aquél .
E } La compresibilidad es una de las características más peculiares de los gases . Significa que , bajo el efecto de una presión externa, las moléculas del gas reducen al minimo las distancias que las separan.
PESO DEL AIRE.
Se ha comprobado en un frasco vacio, pesado antes de la experiencia , que una vez extraído el aire de su interior , al repetir la pesada, disminuye el peso.
Cada metro cúbico de aire pesa 1,03 kp.
La presión atmosférica normal es la que equilibra una columna de mercurio de 76 cm de altura , a O°C de temperatura y a un valor normal de la aceleración de la gravedad { g = 980,665 cm/ s} al cuadrado.
DATOS .
PESO DEL AIRE: cada metro cúbico de aire pesa 1. 03 kg.
Energia es todo lo que se puede convertir en trabajo mecánico.
La energía fluente : es aquella que se está renovando constantemente , como la radiación solar , el viento y las corrientes de agua.
El término energía básica engloba las formas de energía existentes en la tierra en cantidades limitadas, carbón , petróleo , gas natural uranio etc.
La energía ni se crea ni se destruye , sólo se trasnforma.
La materia misma se puede transformar en energía y de hecho se la considera como energía condensada.
¿ como se mide la energía ?
Un cuerpo que se desplaza 1 m mediante una fuerza de 1 newton , consume 1 julio de energía . Todas las formas de energía se pueden medir con esta unidad .
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES.
" un sólido sumergido en un líquido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de líquido que desaloja "
ESTADOS DE LA MATERIA.
A la temperatura ordinaria una roca es sólida , el agua liquida y el gaseoso.
En un liquido ciertas moléculas pueden tener una energía cinética mayor y expande las demás.
EL GAS .
La materia puede presentarse en distintos estados de agregación : sólido, líquido,y gaseoso.
En el primero , las moléculas se hallan estrechamente unidas por potentes fuerzas de atracción , mientras que en las dos últimas, estas fuerzas son más debiles, un cuerpo puede pasar de un estado a otro si varian las condiciones de presión y / O temperatura.
VOLUMEN.
Si se comprime el gas del recipiente mediante un émbolo o pistón , el volumen se reduce y los choques de las moléculas del gas se producen en un área menor del recipiente , con lo que la presión sobre éste aumenta Si el émbolo baja rápidamente se aumenta también la velocidad de las moléculas y se incrementa la temperatura.
El movimiento de las moléculas explica las propiedades de los gases , las moléculas de un gas con la forma de pequeñas bolas con la forma en continuo movimiento que colisionan entre ellas y con las paredes del recipiente ; sus movimientos explican los fenómenos de presión temperatura y volumen.
Ley de Avogadro en un globo.
El fisico italiano Avogadro establecio que volumenes iguales de gases distintos a iguales condiciones de presión y temperatura tienen el mismo número de moléculas . Es decir , las ligeras moléculas de hidrógeno en el globo aerostático se hallan en igual número que las más pesadas que forman la mezcla del aire para un volumen dado. Por esto el hidrógeno , gas ligero, flota en el aire.
TEMPERATURA.
La velocidad media de las moléculas gaseosas determina la temperatura .Si se calienta el recipiente , la velocidad, de las moléculas aumenta y la presión sobre las paredes del mismo también . Si no se ejerciera fuerza sobre el émbolo, este seria impulsado hacia arriba por el gas y el volumen también aumentaria.
PRESIÓN.
Las moléculas del gas están en continuo movimiento y constantemente están chocando contra las paredes del recipiente . La suma de millones de estas minusculas colisiones constituyen la presión que el gas ejerce sobre el recipiente.
EL SONIDO.
El sonido está formado por vibraciones mecánicas del aire y otras sustancias , a frecuencias susceptibles de ser percibidas por el oido humano.Las vibraciones regulares producen notas musicales , las irregulares ruido ,las notas de alta frecuencia tienen un tono agudo y las de baja frecuencia un tono grave . El oido humano sólo es capaz de percibir frecuencias comprendidas entre 16 y 20.000 HZ
El sonido se produce por la propagación de ondas en el aire y otras sustancias .
Al tocar una trompeta el aire se comprime y a continuación se expande , por lo que se generan ondas sonoras. En el aire comprimido las moléculas se mueven unas hacia otras, mientras que al expandirlas el aire se mueven en sentido opuesto..
ATMÓSFERA FISICA.
Es la presión ejercida por una columna de mercurio de 76 cm de altura.
1 atm= 76 cm de Hg.
TOR.
Es una unidad llamada asi en honor de Torricelli . Es la presión ejercida por una columna de 1 mm de altura.
1 tor = 1 mm de Hg.
de donde se deduce ----1 atm = 760 tor.
FUERZA ASCENSORIAL
Principio de Arquimedes: " todo cuerpo sumergido en un gas recibe un empuje de abajo hacia arriba igual que el peso del gas que desaloja "
Ley de Boyle y Mariotte: " A temperatura constante , los volumenes que ocupa una masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones a que está sometida "
Y en general se puede decir que a temperatura constante , el producto de la presión por el volumen de una masa gaseosa es constante. p.v = constante.
Es conveniente aclarar que los gases reales no cumplen rigurosamente esta ley..
APARATOS PARA LA MEDIDA DE PRESIONES.
Barómetros.
Son aparatos destinados a la medida de la presión atmosférica . Los tipos más utilizados son el de mercurio y los métalico.
Uno de los más utilizados es el de Fortin.Lleva una escala de latón adosada al tubo barométrico, graduada en milimetros de mercurio. El cero de la escala se hace coincidir con el nivel del mercurio en la cubeta por una punta de marfil , M, y mediante desplazamiento de la cubeta en el tornillo. T.
El tipo más frecuente es el de VIDI,Consta de una capsula metálica con su tapa superior ondulada y flexible , en cuyo interior se ha efectuado un vacio parcial.
Manómetros .
Son aparatos que sirven para medir la presión de los gases encerrados en recipientes . Identicamente al caso de los barómetros , pueden dividirse en manómetros de mercurio y metálicos.Los manómetros metálicos se emplean para medir la presión en el interior de cilindros con gases,del vapor de agua en las calderas de vapor etc.
MÁQUINAS NEUMÁTICAS.
Una de las aplicaciones más simples y conocidas de la ley de BOYLE y MARIOTTE está dada por el funcionamiento de las bombas hidráulicas a émbolo.
Se las clasifica en : aspirantes , impelentes y aspirantes--impelentes .En las primeras sale el agua cuando sale el émbolo ; en las segundas, cuando baja , las últimas son combinación de las anteriores pero, en todas, es discontinua la salida del agua.
La bomba de incendio consta además de una cámara de aire donde se produce una presión que permite la continuación en la salida de agua durante el vaiven del émbolo.
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