FÍSICA II
Correo: maestromemo@gadi.edu.mx
Realizar Portada de la Materia, con Porcentajes de Evaluación Establecidos.
UNIDAD I: FLUIDOS EN REPOSO Y EN MOVIMIENTO
Objetivo: Resolverá problemas relacionados con la hidráulica, a partir del conocimiento y uso correcto de sus conceptos y sus modelos matemáticos, aplicados en diversos fenómenos físicos observables en su vida cotidiana; mostrando actitudes de interés científico en un ambiente de cooperación, responsabilidad y respeto hacia sus compañeros.
FLUIDOS
Los fluidos son sustancias que ceden inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma, con los que fluyen y se adaptan a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser líquidos o gases. Las partículas que componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad. A veces resulta difícil distinguir entre sólidos y fluidos, porque los sólidos pueden fluir muy lentamente cuando están sometidos a presión, como ocurre por ejemplo en los glaciares.
PARTICIPACIÓN 1
1.- Realizar portada con Porcentajes de Evaluación.
2.- Pasar a la libreta de apuntes, lo Publicado en el Blogger y pasar también, los ejercicios de los videos de, Repaso de Geometría Básica, Repaso Volumen y Repaso Volumen, Pirámide y Cono.
TAREA 1
Inicio Clase 2, 15/Julio/21
TAREA 2
Fin Clase 2, 15/Julio/21
Inicio Clase 3 , 20/Julio/21
PARTICIPACIÓN 3
1.- Un objeto tiene una masa de 555 gramos y un volumen de 25 cm3. ¿Cuál es su densidad?
2.- Un objeto tiene una masa de 1 kilogramo y un volumen de 150 cm3. ¿Cuál es su densidad?
3.- Un objeto tiene una masa de .3 kilogramo y un volumen de 65 cm3. ¿Cuál es su densidad?
4.- ¿Cuál es la masa de 55 cm3 de a) Oxigeno b) Aluminio y c) Vidrio?
5.- : ¿Cuál es el volumen de 333 gramos de: a) Hielo, b) Oro y c) Cobre?
TAREA 3
Ejemplo 1: Presión Hidrostática
Fin Clase 3, 20/Julio/21
Fin Clase 4, 22/Julio/21
Inicio Clase 5, 27/Julio/21
EL CAMPO MAGNETICO
CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)
EL GENERADOR ELÉCTRICO: BREVES CONSIDERACIONES TEORICAS.
Fin Clase 5, 27/Julio/21
Llevo a cabo sus experimentos sobre calor en su laboratorio domestico, y para asegurar la exactitud de sus mediciones se vio forzado a desarrollar su propio sistema de unidades. Su fama fue principalmente por haber hecho mas que cualquier otra persona para establecer la idea de que el calor es una forma de energía. Durante la mayor parte de su vida Joule fue un científico aficionado aislado, pero en sus últimos años se reconoció su trabajo en doctorados honorarios de Dublín y Oxford. En su honor la unidad de energía se llama Joule.
TEMPERATURA
Mediante
el contacto de la epidermis con un objeto se perciben sensaciones de frío o de
calor. Los conceptos de calor y frío son totalmente relativos y sólo se pueden
establecer con la relación a un cuerpo de referencia como, por ejemplo, la mano
del hombre.
Lo que se percibe con más precisión es la temperatura del objeto o, más
exactamente todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y la de la
mano que la toca. Ahora bien, aunque la sensación experimentada sea tanto más
intensa cuanto más elevada sea la temperatura, se trata sólo una apreciación
muy poco exacta que no puede considerarse como medida de temperatura. Para
efectuar esta última se utilizan otras propiedades del calor, como la
dilatación, cuyos efectos son susceptibles. Temperatura es, entonces, la
cantidad de calor que posee un cuerpo.
Con muy
pocas excepciones todos los cuerpos aumentan de volumen al calentarse y
diminuyen cuando se enfrían. En caso de los sólidos, el volumen suele
incrementarse en todas las direcciones se puede observar este fenómeno en una
de ellas con experiencia del pirómetro del cuadrante. Éste consta de una barra
metálica apoyada en dos soportes, uno de los cuales se fija con un tornillo,
mientras que el otro puede deslizarse y empujar una palanca acodada terminada
por una aguja que recorre un cuadrante o escala
cuadrada. Cuando, mediante un mechero, se calienta fuertemente la barra, está
se dilata y el valor del alargamiento, ampliado por la palanca, aparece en el
cuadrante.
La
dilatación es, por consiguiente, una primera propiedad
térmica de los cuerpos, que permite llegar a la noción de la temperatura. La
segunda magnitud fundamental es la cantidad de calor que se supone reciben o
ceden los cuerpos al calentarse o al enfriarse, respectivamente.
La
cantidad de calor que hay que proporcionar a un cuerpo para que su temperatura
aumente en un número de unidades determinado es tanto mayor cuanto más elevada
es la masa de dicho cuerpo y es proporcional a lo que se denomina calor
específico de la sustancia de que está constituido. Cuando se calienta un
cuerpo en uno de sus puntos, el calor se propaga a los que son próximos y la
diferencia de temperatura entre el punto calentado directamente y otro situado
a cierta distancia es tanto menor cuando mejor conducto del calor es dicho
cuerpo.
Se
desprende de lo anterior que el estudio del calor sólo puede hacerse después de
haber definido de una exacta los dos términos relativos al propio calor, es
decir, la temperatura, que se expresa en grados, y la cantidad de calor, que se
expresa en calorías.
CALOR
http://www.monografias.com/trabajos24/energia-calor/energia-calor.shtml
Para la física, es la transferencia de energía de una parte a otra
de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en debido a una diferencia de
temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de
mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la
temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen
de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de
temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.
Existen una serie de conceptos relacionados con el calor, entre los que podemos
encontrar:
o
Energía Interna: cantidad
total de todas las clases de energía que posee un cuerpo, las cuales se pueden
manifestar según las propiedades de éste. Por ejemplo, un metal que posee
varios tipos de energía (calórica, potencial gravitacional, química…), puede
manifestar la que suscite al momento; si éste es alcanzado por un rayo, esa
energía es la que manifestará.
o
Caloría: es una antigua unidad que
sirve para medir las cantidades de calor. La caloría-gramo (cal), suele
definirse como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1
gramo de agua,
por ejemplo, de 14,5 a 15,5 °C. La definición más habitual es que 1
caloría es igual a 4,1840 joules. En ingeniería
se emplea la caloría internacional, que equivale a 1/860 vatios/hora (4,1868
J). Una caloría grande o kilocaloría (Cal), muchas veces denominada también
caloría, es igual a 1.000 calorías-gramo, y se emplea en dietética para indicar
el valor
energético de los alimentos.
o
Calor Específico: es la
cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de
una sustancia en un grado. En el Sistema
Internacional de unidades, el calor específico se expresa en julios por
kilogramo y kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y
grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado
centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para
elevar su temperatura en un grado centígrado.
o
Dilatación térmica: Aumento
del volumen de los cuerpos al calentarse. Es mayor en los gases
que en los líquidos y reducida en los sólidos. Además varía según la
composición química de los cuerpos.
CALORIMETRÍA
Según las
teorías
que iniciaron el estudio de la calorimetría, 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. Posteriormente, se
observó que, cuando se ejercía un trabajo mecánico sobre un cuerpo (al frotarlo
o golpearlo, por ejemplo), aparecía calor; hecho que contradecía el principio
de conservación de la energía, ya que desaparecía una energía en forma de
trabajo mecánico, además de que se observaba la aparición de calor sin que
hubiese habido combustión alguna. Benjamin Thompson puso en evidencia este
hecho cuando dirigía unos trabajos de barrenado de cañones observando que el agua
de refrigeración
de los taladros se calentaba durante el proceso. Para explicarlo, postuló la teoría
de que el calor era una forma de energía. Thompson no consiguió demostrar que
hubiese conservación de energía en el proceso de transformación de trabajo en
calor, debido a la imprecisión en los aparatos de medidas que usó.
Posteriormente, Prescott Joule logró demostrarlo experimentalmente, llegando a
determinar la cantidad de calor que se obtiene por cada unidad de trabajo que
se consume, que es de 0,239 calorías por cada julio de trabajo que se
transforma íntegramente en calor.
La
Calorimetría es la rama de la termodinámica que mide la cantidad de energía generada en procesos
de intercambio de calor. El calorímetro es el instrumento que mide dicha
energía. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase
cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro.
Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr
el equilibrio,
y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la
capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una
fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse
fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura
conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se
va enfriando el objeto.
CALOR ESPECÍFICO Y
CAPACIDAD CALORÍFICA
El calor
específico (s) de una sustancia es la cantidad de calor necesario para
elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de la sustancia. La
capacidad calorífica (C) de una sustancia es la cantidad de calor
necesario para elevar un grado Celsius la temperatura de una cantidad
determinada de sustancia. El calor específico es una propiedad
intensiva, en tanto que la capacidad calorífica es una propiedad extensiva. La
relación entre la capacidad calorífica y el calor específico de una sustancia
es:
C = ms
Donde m
es la masa de la sustancia en gramos. Por ejemplo el calor específico del agua
es 4.184 J/g . °C y la capacidad calorífica de 60 gramos de agua es:
(60.0 g)(4.184 J/g . °C) = 251 J/°C
|
SUSTANCIA |
CALOR ESPECÍFICO (J/g.°C) |
|
Aluminio |
0.900 |
|
Oro |
0.129 |
|
C(grafito) |
0.720 |
|
C(diamante) |
0.502 |
|
Cobre |
0.385 |
|
Hierro |
0.444 |
|
Mercurio |
0.139 |
|
Agua |
4.184 |
|
Etanol |
2.46 |
Tabla 1. Calor específico de algunas sustancias
Si se
conoce el calor específico y la cantidad de una sustancia, entonces el cambio
en la temperatura de una muestra
(Δt) indicara la cantidad de calor (q) que
Transferencia del Calor
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la
conducción, la cual se da por contacto directo entre las sustancias. Por
ejemplo, si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que
aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por
conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la
conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento
de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia
de temperatura y el movimiento que los mismos átomos ejercen. Esta teoría
explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos
conductores del calor, como lo son los metales
de transición interna.
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o
un gas,
es casi seguro
que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de
una parte del fluido a otra por un proceso
llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se
calienta un líquido o un gas, su densidad
(masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra
en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende,
mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento,
debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se
denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el
fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza
su movimiento de acuerdo a las leyes
de la mecánica
de fluidos.
Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena
de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha
transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad
disminuye y como resultado de ello el agua
caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que
se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse
por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde
parte de su calor por radiación
y lo cede al aire
situado por encima.
• Por
Radiación
La radiación presenta una diferencia respecto a la conducción
y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en
contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un
término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas
electromagnéticas. La única explicación general satisfactoria de la radiación
electromagnética es la teoría cuántica. En 1905, Albert Einstein
sugirió que la radiación se comporta, a veces, como minúsculos proyectiles
llamados fotones y no como ondas. Para cada temperatura y cada longitud de onda
existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite
radiación ajustándose exactamente a la ley
de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.
Para ver el gráfico seleccione la opción ¨Descargar
trabajo¨ del menú superior
La contribución de todas las longitudes de onda a la
energía radiante emitida se denomina poder
emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía emitida por unidad de
superficie del cuerpo y por unidad de tiempo.
Según la ley de Planck, todas las sustancias emiten energía radiante sólo por
tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la
temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir
radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla.
Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación
incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que
las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más
energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben
mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y
absorben poco son malos emisores. Algunas sustancias, entre ellas
muchos gases y el vidrio,
son capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. El vidrio, por
ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja
longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta
longitud de onda.
Mediante el contacto de la epidermis con un objeto se perciben
sensaciones de frío o de calor. Los conceptos de calor y frío son totalmente
relativos y sólo se pueden establecer con la relación a un cuerpo de referencia
como, por ejemplo, la mano del hombre.
Lo que se percibe con más precisión es la temperatura del objeto o, más
exactamente todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y la de la
mano que la toca. Ahora bien, aunque la sensación experimentada sea tanto más
intensa cuanto más elevada sea la temperatura, se trata sólo una apreciación
muy poco exacta que no puede considerarse como medida de temperatura. Para
efectuar esta última se utilizan otras propiedades del calor, como la
dilatación, cuyos efectos son susceptibles. Temperatura es, entonces, la
cantidad de calor que posee un cuerpo.
Con muy pocas excepciones todos los cuerpos aumentan de volumen al
calentarse y diminuyen cuando se enfrían. En caso de los sólidos, el volumen
suele incrementarse en todas las direcciones se puede observar este fenómeno en
una de ellas con experiencia del pirómetro del cuadrante. Éste consta de una
barra metálica apoyada en dos soportes, uno de los cuales se fija con un
tornillo, mientras que el otro puede deslizarse y empujar una palanca acodada
terminada por una aguja que recorre un cuadrante o escala
cuadrada. Cuando, mediante un mechero, se calienta fuertemente la barra, está
se dilata y el valor del alargamiento, ampliado por la palanca, aparece en el
cuadrante.
Otro experimento igualmente característico es el llamado del anillo de
Gravesande. Este aparato se compone de un soporte del que cuelga una esfera
metálica cuyo diámetro es ligeramente inferior al de un anillo el mismo metal
por el cual puede pasar cuando las dos piezas están a l a misma temperatura. Si
se calienta la esfera dejando el anillo a la temperatura ordinaria, aquella se
dilata y no pasa por el anillo; en cambio
puede volver a hacerlo una vez enfriada o en el caso en que se hayan calentando
simultáneamente y a la misma temperatura la esfera y el anillo.
La dilatación es, por consiguiente, una primera propiedad
térmica de los cuerpos, que permite llegar a la noción de la temperatura. La
segunda magnitud fundamental es la cantidad de calor que se supone reciben o
ceden los cuerpos al calentarse o al enfriarse, respectivamente.
La cantidad de calor que hay que proporcionar a un cuerpo para que su
temperatura aumente en un número de unidades determinado es tanto mayor cuanto
más elevada es la masa de dicho cuerpo y es proporcional a lo que se denomina
calor específico de la sustancia de que está constituido. Cuando se calienta un
cuerpo en uno de sus puntos, el calor se propaga a los que son próximos y la
diferencia de temperatura entre el punto calentado directamente y otro situado
a cierta distancia es tanto menor cuando mejor conducto del calor es dicho
cuerpo.
Se desprende de lo anterior que el estudio del calor sólo puede hacerse
después de haber definido de una exacta los dos términos relativos al propio
calor, es decir, la temperatura, que se expresa en grados, y la cantidad de
calor, que se expresa en calorías.
ESCALAS
Cinco escalas diferentes de temperatura están en uso en estos días: la Celsius,
conocida también como escala centígrada, la Fahrenheit, la Kelvin,
la Rankine, y la escala internacional de temperatura
termodinámica. La escala centígrada, con un punto de congelación de 0° C
y un punto de ebullición de 100°C, se usa ampliamente en todo el mundo,
particularmente para el trabajo
científico, aunque que se destituida oficialmente en 1950 por la escala
internacional de temperatura.
La escala Fahrenheit, usada en países de habla inglesa es usada no solo
con propósitos de trabajo científico sino con otros y con base en el termómetro
de mercurio, el punto de congelación del agua se define en 32° F y el punto de
ebullición en 212° F. En la escala Kelvin, la más usualmente usada en escala
termodinámica de temperatura, el cero se define como el cero absoluto de la
temperatura, que es, -273.15°C ó -459.67° F. Otra escala que emplea el cero
absoluto como su punto más bajo es la escala de Rankine, en la cual cada grado
de temperatura es equivalente a un grado de la escala Fahrenheit. El punto de
congelación del agua en la escala de Rankine es de 492° R, y el punto de
ebullición es de 672° R.
En 1933 científicos de 31 naciones adoptaron una escala de
temperatura internacional nueva con puntos adicionales fijos de temperatura,
con base en la escala de Kelvin y con principios
termodinámicos. La escala internacional es con base en la propiedad eléctrica
de resistencia,
con cable de platino como la temperatura base entre los -190° y 660° C. Arriba
de los 660° C, hasta el punto de derretimiento del oro, 1063° C, se usa para
puntos de temperatura mas altos, a partir de este punto las mediciones de
temperatura son medidas por el llamado pirometro óptico, que usa la intensidad
de luz
de una onda emitida por un cuerpo caliente para el propósito.
Para ver el gráfico seleccione la opción ¨Descargar
trabajo¨ del menú superior
Pasaje de Escalas Comunes
Las dos escalas de temperatura de uso común son la Celsius (llamada
anteriormente ‘’centígrada’’) y la Fahrenheit. Estas se encuentran definidas en
términos de la escala Kelvin, que es la escala fundamental de temperatura en la ciencia.
La escala Celsius de temperatura usa la unidad ‘’grado Celsius’’
(símbolo 0C), igual a la unidad ‘’Kelvin’’. Por esto, los intervalos de
temperatura tienen el mismo valor numérico en las escalas Celsius y Kelvin. La
definición original de la escala Celsius se ha sustituido por otra que es más
conveniente. Sí hacemos que Tc represente la escala de temperatura,
entonces:
Tc = T - 273.150
…relaciona la temperatura Celsius Tc (0C) y la temperatura Kelvin T(K).
Vemos que el punto triple del agua (=273.16K por definición), corresponde a
0.010º C. La escala Celsius se definió de tal manera que la temperatura a la
que el hielo y el aire saturado con agua se encuentran en equilibrio
a la presión
atmosférica, el llamado punto de hielo es 0.00 º C y la temperatura a la que el
vapor y el agua liquida, están en equilibrio a 1 atm.
de presión, punto del vapor, es de 100.00 º C.
La escala Fahrenheit, todavía se usa en algunos países que emplean el
idioma ingles aunque usualmente no se usa en el trabajo científico. Se define
que la relación entre las escalas Fahrenheit y Celsius es:
De esta relación podemos concluir que el punto del hielo (0.00 º C) es
igual a 32.0 º F, y que el punto del vapor (100.0 º C) es igual a 212.0 0F, y
que un grado Fahrenheit es exactamente igual 5/9 del tamaño de un grado
Celsius.
ESTADOS DE AGRAGACION DE LA
MATERIA
Los diferentes estados en que podemos encontrar la materia de este universo
en el que vivimos se denominan estados de agregación de la materia, porque son
las distintas maneras en que la materia se "agrega", distintas
presentaciones de un conjunto de átomos. Los
estados de la materia son cinco: Sólido, Líquido, Gaseoso, Plasma, Condensado
de Bose-Einstein.
Los tres primeros son de sobra conocidos por todos nosotros y los
encontramos en numerosas experiencias de nuestro día a día. El sólido lo
experimentamos en los objetos que utilizamos, el líquido en el agua que bebemos
y el gas en el aire que respiramos, en tanto que los otros son nos rodean,
aunque los experimentamos de forma indirecta.
Es interesante analizar que los griegos sostenían que el universo
estaba formado por cuatro elementos: aire, agua, tierra
y fuego. Haciendo un símil, podríamos asignar un elemento físico a cada
elemento filosófico:
Aire - Gas
Agua - Líquido
Tierra - Sólido
Fuego – Plasma
Para ver el gráfico seleccione la opción ¨Descargar
trabajo¨ del menú superior
Esta figura muestra
los cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso, y plasma. Si tomas
al agua como un ejemplo de materia, los primeros tres estados son los
siguientes: hielo, agua, vapor. El estado
de plasma del agua estaría formado por núcleos de hidrógeno y electrones.
Estados comunes de Agregación de la Materia
• Estado Sólido
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se
debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de
atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas. En el estado sólido
las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de
posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo
del sólido. Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen
de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a
diversas estructuras
cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas.
• Estado Líquido
Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los
líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que
en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse
con libertad.
El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy
frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas. Así se explica que los líquidos
no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene.
También se explican propiedades como la fluidez
o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de
varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la
temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).
• Estado Gaseoso
Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a
diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los
líquidos.
En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas.
En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño.
Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con
las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de
expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se
mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La
compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se
encuentra un gas éste pasará a estado líquido.
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con
más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión
• Características Físicas de los Estados
Comunes
|
Estado de
Agregación |
Sólido |
Líquido |
Gas |
|
Volumen |
Definido |
Definido |
Indefinido |
|
Forma |
Definida |
Indefinida |
Indefinida |
|
Compresibilidad |
Incompresible |
Incompresible |
Compresible |
|
Atracción
entre Moléculas |
Intensa |
Moderada |
Despreciable |
Otros Estados
• Estado de Plasma o Plasmático
El plasma es un gas ionizado, esto quiere decir que es una especie de
gas donde los átomos o moléculas que lo componen han perdido parte de sus
electrones o todos ellos. Así, el plasma es un estado parecido al gas, pero
compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y neutrones. En
muchos casos, el estado de plasma se genera por combustión.
Para ver el gráfico seleccione la opción
¨Descargar trabajo¨ del menú superior
El Sol
situado en el centro de nuestro sistema solar
está en estado de plasma, no es sólido, y los conocidos tubos fluorescentes
contienen plasma en su interior (vapor de mercurio). Las luces de neón y las
luces urbanas usan un principio similar. La ionosfera, que rodea la tierra
a 70-80 km de la superficie terrestre, se encuentra también en estado de
plasma. El viento solar, responsable de las deliciosas auroras boreales, es un
plasma también. En realidad, el 99% de la material conocida del universo se
encuentra en estado de plasma. Aunque también es verdad que sólo conocemos el
10% de la material que compone el universo. Esto significa que el escaso 105 de
materia que hemos estudiado, el 99% es plasma, o sea, casi todo es plasma en el
universo.
• Condensado de Bose - Einstein
En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística
mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían
ser considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert
Einstein, con el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad
científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a
los átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924. No
todos los átomos siguen las reglas de la estadística de Bose-Einstein. Sin
embargo, los que lo hacen, a muy bajas temperaturas, se encuentran todos en el
mismo nivel de energía.
Cambios de Estado
Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a
otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace
calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora.
El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las
condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión
influye en el estado en que se encuentran las sustancias.
Para ver el gráfico seleccione la opción
¨Descargar trabajo¨ del menú superior
La termodinámica se define como la ciencia
de la energía. La palabra termodinámica proviene de los vocablos griegos
thermos (calor) y dinamycs (potencia),
que describe los primeros esfuerzos por convertir el calor en potencia. Hoy en
día el mismo concepto
abarca todos los aspectos de la energía y sus transformaciones, incluidas la producción
de potencia, la refrigeración
y las relaciones entre las propiedades de la materia. Para ello ésta se basa en
la extracción de un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que
coexiste con un entorno infinito e imperturbable.
Ley cero de la Termodinámica: "Equilibrio
de Energía"
Establece que: si un cuerpo A está en equilibrio térmico con un cuerpo C
y un cuerpo B también está en equilibrio térmico con el cuerpo C, entonces los
cuerpos A y B están en equilibrio térmico. Esta curiosa nomenclatura
se debe a que los científicos se dieron cuenta tardíamente de la necesidad de
postular lo que hoy se conoce como la ley cero: si un sistema está en
equilibrio con otros dos, estos últimos, a su vez, también están en equilibrio.
Cuando los sistemas
pueden intercambiar calor, la ley cero postula que la temperatura es una
variable de estado, y que la condición para que dos sistemas estén en
equilibrio térmico es que se hallen a igual temperatura.
1ª Ley de la Termodinámica: "Ley de
conservación de la Energía"
"La energía no se gana, se crea ni se destruye, sólo se transforma.
El universo conserva la energía: si hay un incremento en la energía interna de
un sistema, debe haber un descenso equivalente en la energía de su entorno, y
viceversa."
Las primeras máquinas
térmicas construidas, fueron dispositivos muy eficientes. Solo una
pequeña fracción del calor absorbido de la fuente de la alta temperatura se
podía convertir en trabajo útil. Aun al progresar la ingeniería, una fracción
del calor absorbido se sigue descargando en el escape de una máquina a baja
temperatura, sin que pueda convertirse en energía mecánica. Sigue siendo una
esperanza diseñar una maquina que pueda tomar calor de un depósito abundante,
como el océano y convertirlo íntegramente en un trabajo útil. Entonces no seria
necesario contar con una fuente de calor con una temperatura más alta que el medio ambiente.
De la misma manera, podría esperarse, que se diseñara un refrigerador que
simplemente transporte
calor, desde un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin que tenga que gastarse
trabajo exterior. A éstos intentos se los denominan "móvil perpetuo de
primera especie".
Ninguna de estas aspiraciones ambiciosas violan la primera ley de la
termodinámica. La máquina térmica sólo podría convertir energía calorífica
completamente en energía mecánica, conservándose la energía total del proceso.
En el refrigerador simplemente se transmitiría la energía calorífica de un
cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin que se perdiera la energía en el proceso.
Nunca se ha logrado ninguna de estas aspiraciones y hay razones para que se
crea que nunca se alcanzarán. Se basan en los principios de Claucius y
Kelvin-Plank, de la segunda ley. Ellas eliminan la ambición de la máquina
térmica, ya que implica que no podemos producir trabajo mecánico sacando calor
de un solo depósito, sin devolver ninguna cantidad de calor a un depósito que
esté a una temperatura más baja.
2ª Ley de la Termodinámica: "Ley de
Entropía"
Es la más universal de las leyes físicas; e introduce una definición de
una propiedad llamada entropía. "La entropía
de un sistema aislado aumenta con el tiempo o, en el mejor de los casos,
permanece constante, mientras que la entropía del universo, como un todo, crece
inexorablemente hacia un máximo". La entropía se puede considerar como
una medida de lo próximo o no que se halla un sistema al equilibrio; también se
puede considerar como una medida del desorden (espacial y térmico) del sistema.
En su interpretación más general, establece que cada instante el Universo se
hace más desordenado. Hay un deterioro general hacia el caos. Uno de los
patrones fundamentales de comportamiento
que encontramos en el mundo físico es la tendencia de las cosas a desgastarse y
agotarse. Las cosas tienden hacia un estado de equilibrio. En todas partes
podemos encontrar ejemplos de la Segunda Ley: los edificios se derrumban, la
gente envejece, las montañas y las costas se erosionan, los recursos
naturales se agotan.
La 2ª ley de la Termodinámica, una ley fundamental relacionada con la naturaleza
del calor. La cantidad perdida no permanece solo como calor, sino que se
convierte en calor a una menor temperatura, del cual solo se puede transformar
en otras formas de energía una pequeña cantidad. Se podrían solucionar todos
los problemas
de energía de la humanidad si, por ejemplo, se pudiera extraer la energía
calorífica de los océanos, dejándolos ligeramente más fríos y convirtiendo el
calor extraído en electricidad,
pero la 2ª ley nos dice que eso no es posible. Se los llama "móvil
perpetuo de segunda especie", los cuales suponen une remota posibilidad
mas grande que los de primera especie.
Definición de Clausius de la segunda ley:
El calor no puede, por sí mismo, pasar de un cuerpo más frío a uno más
caliente.
Definición de Kelvin-Planck de la segunda
ley: Es imposible para un sistema experimentar un proceso cíclico cuyo
único resultado sea la absorción de calor de un único depósito a una única
temperatura y la transformación en una cantidad equivalente de trabajo.
3ª Ley de la Termodinámica: "Ley del
Cero Absoluto"
En el análisis
de muchas reacciones
químicas es necesario fijar un estado de referencia para la
entropía. Este siempre puede escogerse algún nivel arbitrario de referencia
cuando solo se involucra un componente; para las tablas de vapor convencionales
se ha escogido 320F. Sobre la base de las observaciones hechas por Nernst y por
otros, Planck estableció la tercera ley de la termodinámica en 1912, así:
"La entropía de todos los sólidos cristalinos perfectos es cero a la
temperatura de cero absoluto". Un cristal "perfecto" es aquel
que esta en equilibrio termodinámico. En consecuencia, comúnmente se establece
la tercera ley en forma más general, como: "La entropía de cualquier
sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la
temperatura tiende a cero". El tercer principio de la termodinámica
afirma que el cero absoluto no se puede alcanzar por ningún procedimiento
que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente
al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a él. La temperatura puede
disminuirse retirando energía de un sistema, es decir, reduciendo la intensidad
del movimiento molecular. El cero absoluto corresponde al estado de un sistema
en el que todos sus componentes están en reposo. Sin embargo, según la mecánica
cuántica, incluso en el cero absoluto existe un movimiento molecular
fraccionario.
El calor, a través de los tiempos, con sus diferentes formas y
adaptaciones (calórico, energía, fuerza vital –como mencionan los textos del
Medioevo -, etc…), es, haciendo caso a los medievales, la "prima
energía". Es uno de los principales motores
del universo; si bien no el único, ya que comparte el puesto con la gravedad
(pero, aunque hablando bien, en terminología geofísica, éste surge del calor).
En base al trabajo realizado, se pueden determinar con precisión y a
manera de resumen algunos puntos básicos:
o
El calor es una forma de energía que se basa en transmitir la agitación
de las moléculas, ya fuere por diversos medios
(conducción, convección, radiación), con el objeto de cumplir con las leyes de
la termodinámica, principalmente la de entropía.
o
La temperatura es la cantidad de calor que puede tener un cuerpo, y se
puede medir según diferentes escalas. Las diferencias de escalas se deben solo
a su campo de aplicación. Se consideran los puntos extremos a los extremos de
la escala Rankine (mínima Tº: 0ºR / máxima Tº: 672ºR).
o
Toda la materia, así como cualquier sustancia (menos la oscura), posee
calor, o al menos energía interna. A menos qué esta este en estado de plasma o
condensado de Bose – Einstein, puede sufrir modificaciones, llamas cambios de
estado, y su estructura,
en condiciones normales de temperatura y presión, es llamada "estados de
agregación de la materia".
o
En el último tema tratado, la termodinámica, sus leyes regulan toda la
actividad energética, y por consiguiente biológica, del universo. Son la base
de todo acto físico, y por consiguiente de todas las ciencias
humanas.
Para finalizar, se podría acotar que, de esta manera, ver los frutos de
todo el empeño puesto, logran que, a través de la investigación
y análisis, se facilite la asimilación de conocimientos de manera práctica,
creando una base de datos
que acompaña a cada persona
durante toda su vida.
Fin Clase 6, 29/Julio/21
Inicio Clase 7, 3/Agosto/21
CUESTIONARIO
1.- Hallar la presión que ejerce un objeto
Cubico de 90 kg. En un Volumen Cubo = 1m³
2.- Un objeto tiene una masa de 900 gramos y
un volumen de 30cm³. ¿Cuál es su densidad?
3.- ¿Cuál es la masa de 350cm³ de Aluminio
4.- ¿Cuál es el volumen de 500 gramos? de
Platino
5.- Calcular la fuerza de salida de F en una
maquina de pascal con los siguientes datos:
a = 40cm², f=35Newtons y A=160cm²
6.- ¿Cuál es el peso de un objeto de 1500
gramos de oro si se encuentra sumergido en Alcohol Etílico
7.- A través de un tubo de 6 pulgadas de
diámetro fluye agua a una velocidad de
10 m/seg. ¿Cuál es el flujo en m³/seg y en m³/hr?
8.−
¿Qué tan alto subirá el agua por la tubería de un edificio si el manómetro que
mide la presión del agua indica que es de 540 kPa al nivel del piso?
9. – ¿Cuál es la presión ejercida por el agua,
cuando un objeto se encuentra sumergida en ella a una profundidad de a) 75
cm. y
b) 1.5 m?
10. – A través de un tubo de 2 pulgadas de diámetro
fluye agua a una velocidad de 7 m/seg. ¿Cuál es el flujo en m3/seg y
en m3/hr?
Fin Clase 7, 3/Agosto/21
Inicio Clase 8, 5/Agosto/21
EVALUACIÓN
Fin Clase 8, 5/Agosto/21
Comentarios
Publicar un comentario