BLOQUE I
Ø Describe los fluidos en reposo y en movimiento.
BLOQUE II
Ø Distingue diferencia entre el calor y la temperatura
BLOQUE III
Ø Comprende de las leyes de la electricidad
BLOQUE IV
Ø Relaciona la electricidad y el magnetismo
La hidrostática tiene como objeto estudiar a los líquidos en reposo se fundamenta en las leyes y en tales pascal o la paradoja hidrostática. De mismos que contribuyen al cuantificar las expresiones por los ejercidos así como el estudio de características generales.
Los principios de la hidrostática se aplican generalmente en los gases, el termino fluido se aplican tanto en los líquidos como en los gases ya que ambos tienen propiedades comunes.
No obstante hay que recordar que un gas es muy ligero y por tanto se puede comprimir fácilmente mientras que un líquido es prácticamente incomprensible. Los fluidos están constituidos por una gran cantidad de minúsculas partículas de materia, que en los líquidos se deslizan unas sobre otras mientras que en los líquidos y gases se mueven sueltas. Esto explica porque en los líquidos y gases no tienen forma definida adoptando la del recipiente que los comprime. Finalmente recordaremos que un gas es expansible, por lo que su volumen inmediatamente se distribuyen ocupando todo el espacio que se deje libre.
Un liquido por su parte no tiene forma definida pero si volumen definido.
1. VISCOSIDAD.- esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye.
De tal motivo la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que pone un líquido a fluir.
Así en recipiente al que se a hecho una perforación en el centro se pone a fluir por separado miel, leche, agua y alcohol observaremos que la rapidez complicada de cada liquido fluye es distinta; mientras mas viscoso es su liquido mas tiempo tarda en fluir
En la industria se cuantifica la viscosidad en forma prácticautilizando recipientes con una determinada capacidad, que tiene un orificio de un diámetro convencionalmente establecido.
Midiendo el tiempo en que el liquido termine de fluir se conoce su viscosidad.
2. Tensión superficial.-este fenómeno se presenta debido a la atracción que hay entre moléculas de un liquido.
Cuando se coloca un liquido en un recipiente que están en el interior del liquido se atraen entre si en unas contra otras pero las moléculas que quedan en la superficie libre del liquido solo son atraídas por las resultantes de ejercion que se ejercen las moléculas que están abajo del lugar por lo tanto las resultantes están dirigidas al interior del liquido lo que da origen a la tensión superficial.
 |
Debido a la tensión superficial una pequeña masa del líquido tiende a ser redonda en el aire tales el caso de las gotas, también los insectos pueden caminar sobre el agua o una aguja muestra con cuidado sobre el líquido no se une. Estos fenómenos son posibles porque la tensión superficial hace que la superficie libre de un líquido se comparte como una finísima membrana elástica.
La tensión superficial del agua puede reducirse a forma considerable y se le agrega detergente esto contribuye a que el agua penetre con mas facilidad en los tejidos durante el lavado de ropa.
3. Cohesión: es la fuerza que mantiene unidas a alas moléculas de una misma sustancia, por la fuerza de cohesión dos gotas que se juntan, se junta para formar una sola, lo mismo sucede con dos gotas de mercurio.
4. Adherencia: es la fuerza de atracción que se manifiesta entre dos moléculas diferentes cuando se ponen en contacto comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los cuerpos sólidos.
Cuando una varilla de vidrio se introduce con un recipiente con agua al sacarla se observa que esta completamente mojada esto significa que el área se adhiere al vidrio, pero si la varilla de vidrio se introduce en recipiente que esta completamente seca, lo cual quiere decir que no hay adherencia entre el mercurio y vidrio.
En general cuando se presenta el fenómeno se adherencia significa que la fuerza de cohesión entre las moléculas entre las sustancias es menor que la fuerza de adherencia que experimenta con otra sustancia dispersada por el cual tiene contacto.
Tal es el caso de agua que se adhiere el vidrio, la pintura al adherirse a un muro el aceite al papel o la tinta a un cuaderno.
 |
5.- Capital: se presenta cuando existe contacto entre un liquido y una pared solida especialmente si son tubos muy delgados casi del diámetro de un cabello llamados capilares.
Al introducir un tubo de diámetro en un recipiente con agua se observa que el liquido asciende por el tubo alcanzando una altura mayor que la que existe en la superficie libre del liquido la superficie del liquido contenido en el tubo no es plana si no que forma meniscos cóncavos.
Meniscos cóncavos |
Cuando se introduce un tubo capilar en un recipiente que contiene mercurio se observa que el liquido en el lugar de ascender por el tubo descendiendo debido a que sufren a una depresión en este caso se forman meniscos convexos. |
Meniscos convexos
Debido a la capacidad del alcohol y el petróleo asciende en las mechas de lámparas, un algodón o un tarro de azúcar sumergido parcialmente en agua la observen poco a poco.
La densidad de una sustancia (p) expresa la masa contenida en la unidad de volumen su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa.
P=masa/volumen= kg/m2
El peso específico de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa.
Pe=f/v
Pe= peso especifico de la sustancia dada en newton/m.
P= peso de la sustancia dado en Nw.
V= volumen que ocupa dado en m3.
La relación que existe entre la densidad y el peso especifico la podemos obtener si recordamos que:
P=masa Pe=f/v
Pe=f/v
La densidad de los líquidos se determina en forma práctica usando los decímetros, estos dispositivos se sumergen en el liquido en cual se le va a determinar su densidad y esta se lee según el nivel que alcance el liquido en que flota con base en una escala previamente determinada por el fabricante.
La densidad del aceite es de 915 kg/m3
La del alcohol es de 790 kg/m3
La del agua dulce es de 1000 kg/m3
Mientras que la del agua del mar 1020 kg/m3
La expresión matemática de la presión señala que mayor fuerza aplicada mayor presión y a mayor área sobre la que actúa la fuerza menor presión. Es por ello que un block metalico rectangular ejercerá si se coloca sobre una de sus caras de mayor area si se coloca un ara menor. | |||
 | |||
Mayor área, menor presión
Menor área, mayor presión
La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes de recipiente que los cambien. Dicha presión actúa en todas las direcciones y solo nula en la superficie libre del líquido.
Todo el líquido contenido en un recipiente origina una presión sobre el fondo y las paredes del mismo esto se debe a que el peso de las moléculas ejerce sobre un área determinada, esta presión recibe el nombre de presión hidrostática la cual aumenta conforme es mayor la profundidad.
La presión hidrostática en cualquier punto puede ser calculada multiplicando el peso específico del líquido para la superficie del líquido al punto considerado.
Ph. = pe h O ph. =p GH
PH= presión hidrostática en Nw/m2
P= densidad del liquido en kg
G= gravedad 9.8 m/seg.
La presión que ejerce un líquido en cualquier punto de un recipiente no depende de la forma de este ni la cantidad del líquido que contiene si no únicamente del peso especifico y de la altura que hay del punto considerado libre del liquido.
La tierra esta rodeada por una capa de aire llamada atmosfera, el aire que es una mezcla de 20% de oxigeno, 49% de nitrógeno, 1% de gases raros, debido a su peso que ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con el llamado presión atmosférica.
1 atmosfera = 760 mm. Hg= 1.013*103 Nw/m3
A medida que es mayor la altura sobre el nivel del mar la presión atmosférica disminuye por ejemplo en la ciudad de México su valor es de 586 mmHg mercurio.
Presión manométrica y presión absoluta.
Cuando un líquido se encuentra contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso soporta la presión atmosférica, la cual se transmite únicamente por todo el volumen del líquido. Si un liquido se encuentra encerrado en un recipiente y además de la presión atmosférica recibe otra presión llamada manométrica que puede ser causada por el calentamiento del recipiente la presión absoluta será la suma de estas dos presiones el dispositivo para medir esta presión se llama manómetro.
Hemos visto que un líquido produce una presión llamada hidrostática, debido a su peso pero si el líquido se encierra erétricamente dentro de un recipiente se puede aplicar otra presión utilizando un error dicha presión se transmitirá íntegramente a todas los puntos del liquido. Esto se explica si recordamos que los líquidos a diferencia de los gases y sólidos son prácticamente incomprensibles. La anterior observación fue hecha por el físico francés Blaise pascal enunciado el sig. Principio que lleva su nombre:
Toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado por un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido.
El principio de pascal puede ser comprobado utilizando una esfera hueca a los que se ha hecho agujeros a diferentes lugares y que esta provista de un emboló.
Al llenarse la esfera con agua ejercer una presión sobre ella se observa que el agua sale por todos lados por los agujeros con la misma presión.
La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de pascal constan esencialmente de 2 cilindros cada uno con su respectivo embolo unidos por medio de un tuvo de comunicación. Se llena de líquido el tubo y los cilindros y al aplicar una fuerza en embolo menor tamaño la presión que genera se transmite al embolo mayor.
Con este dispositivo una fuerza pequeña actuando sobre el embolo menor produce una gran fuerza sobre el embolo mayor.
Como la presión en el embolo menor esta dado por la relación f/a así como la presión en el embolo mayor esta dado por F/A de acuerdo con el principio de pascal ambas presiones son iguales, la formula para la prensa hidráulica es F/A=f/a.
A= área del embolo mayor en m2.
F= fuerza obtenida en el embolo menor en Nw.
A= área de extensión en el embolo menor en m2.
La prensa hidráulica se utiliza en las estaciones de servicio para levantar automóviles en la industria para comprimir algodón o tabaco, para extraer aceites de algunas semillas o jugo de algunas frutas. Los frenos hidráulicos en los automóviles se basan también en el principio de pascal. Cuando se piza el freno el liquido contenido en el cilindro maestro transmite la presión recibida hacienda funcionar los cilindros de cada rueda mismos que abren las balatas para detener el giro de los neumáticos.
Cuando un cuerpo se introduce en un recipiente que contiene un liquido, se observa que el liquido ejerce una presión vertical ascendente sobre el cuerpo esto se comprueba al introducir un trozo de madera en el agua, la madera es empujada hacia arriba por lo que se ejercerá una fuerza hacia abajo si se desea mantener sumergida. De igual forma hemos notado que al introducirlos en una barra por su parte mas baja a medida que nos aproximamos a la parte mas onda sentimos una Parente perdida de peso comenzando a flotar debido al empuje recibido por el agua.
El empuje que reciben los cuerpos al ser introducidos en un liquido fue estudiado por el griego Arquímedes quien se destacó además con sus investigaciones realizadas con el uso de las palancas la geometría plana y del espacio y su teoría sobre los números.
El principio de Arquímedes dice “todo cuerpo sumergido recibe un empuje ascendente al peso del fluido desalojado”.
Cuando un cuerpo se encuentra sumergido totalmente en un liquido todos los puntos de su superficie reciben una presión hidrostática que es mayor conforme aumenta la profundidad de un punto.
Las presiones ejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente sin embargo el cuerpo se encuentra sujeto a otras 2 fuerzas que son opuestas, una debido a su peso que lo empuja hacia abajo y otra que por el empuje del liquido lo impulsa hacia arriba. De acuerdo a la magnitud de estas fuerzas tendremos los sig. Casos:
Si el peso de un cuerpo es menor que el empuje que recibe el cuerpo flota.
1) Una menor cantidad de líquido que su volumen.
2) Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecerá en equilibrio sumergido en el líquido.
3) Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje se une sufriendo una disminución aparente en su peso.
Para que un barco flote tiene que desalojar, un volumen del líquido tal que el dicho liquido sea igual al peso del barco.
Para que un barco flote en un fluido su densidad promedio debe ser menor a la densidad del fluido.
El empuje que recibe un cuerpo sumergido en un liquido se determina multiplicando el peso especifico de un liquido por el volumen de este que ha sido desalojado.
Algunas aplicaciones del principió de Arquímedes son flotación de barcos, submarinos, salvavidas, densímetros o en los flotadores de las cajas de los inodoros.
0.5 kg del alcohol etílico ocupa un valor de 0.000633 calcular
a) Su densidad
b) Su peso especifico.
Cual es la densidad de un aceite cuyo peso específico es de 8967 Nw. /m3.
Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5m. De profundidad si la densidad del agua es de 1000 kg/m3.
Se define como la cantidad de masa del liquido que se fluyeatreves de una tubería por un segundo F=M/T donde
F= flujo kg/s
M= masa del liquido que fluye en kg.
T= el tiempo que tarda en fluir en segundos.
Como la densidad de un cuerpo es la relación que hay entre su masa y volumen tenemos:
P=M/V --------------------- 1
M=P M ---------------------2
Por lo que el flujo será F=PV/T ------------------3
Sustituyendo 4 en 3 tenemos F=GP
F= flujo en kg/s.
G= gasto en kg/m3.
La cantidad del liquido que pasa por el punto 1 es la misma que pasa por el punto 2 por lo que g1 = g2o bien A1V1=A2V2 veamos una tubería que reduce considerablemente su sesión transversal en el punto 1 y 2 sin embargo, puesto que considerado incomprensible a los líquidos resulta que la cantidad de liquido que pasa por el punto 1 es la misma que pasa por el punto 2. Por ello don de el tubo tiene mas sección transversal, el liquido lleva una mayoría velocidad a la que adquiere al pasar al punto 2 donde, la reducción del área de la sección transversal del tubo que compensa con un aumento en la velocidad del liquido. Por lo tanto, el gasto en el punto 1 es igual al gasto en el punto 2 G1=G2 constante A1V1=A2V2 ecuación de continuidad.
El físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) estudio el comportamiento de los líquidos y encontró: que la presión que un líquido fluye por la tubería es baja si su velocidad es alta y por lo contrario, es alta su velocidad es baja.
Por lo tanto, la ley de la conservación de la energía también se cumple cuando los líquidos están en movimiento.
Con base a sus estudios, Bernoulli enuncio el siguiente teorema que lleva su nombre.
“en un liquido lineal cuyo flujo es estacional la suma de las energías cinética, potencial y la de presión que tiene el liquido en un punto es igual a la suma de estas energías en otro punto cualquiera”.
El liquido que pasa tanto en el punto 1 como en el 2 poseen 3 clases de energía que son:
a) Energía cinética: debido a la velocidad y a la masa del liquido Ec= ½ mv2
b) Energía potencial: debido a la altura del liquido respecto a un punto de referencia Ep= mgh.
c) Energía de presión: originada por la presión que unas moléculas del liquido ejercen sobre las otras por lo que el trabajó que se realiza para el desplazamiento de las moléculas es igual a la energía de presión Ep=m/p
De donde Ep= a la energía de presión dada en joule.
P= presión en Nw. /m2
M= masa del liquido en kg/m3
P= densidad del liquido en kg/m3
Así con el teorema de Bernoulli las sumas de las energías cinética, potencial y de presión en el punto 1 es igual a la suma de estas energías en el punto 2.
Ec1 + Ep1 + E presión= Ec2 +Ep2 E presion2
De acuerdo con lo señalado solo nos queda de la ecuación de Bernoulli lo sig. Términos
Gh=v22/2
Puesto que buscamos calcular la salida en el orificio la despejamos en la ecuación anterior quedando de la sig. Forma
V=2 Gh
Donde V= a la velocidad del liquido por el oricio en metros * seg.
G= aceleración de la gravedad.
H= profundidad a la que se encuentra el orificio de salida.
La ecuación anterior fue encontrada por el físico italiano Evangelista torreselli quien indicio el sig. Teorema que lleva su nombre:
“la velocidad con la que sale un liquido por el orificio de un recipiente es igual a la que adquiere un cuerpo que se dejara caer libremente desde la superficie libe del liquido hasta el nivel del orificio.
“la velocidad con la que sale un liquido por el orificio de un recipiente es igual a la que adquiere un cuerpo que se dejara caer libremente desde la superficie libe del liquido hasta el nivel del orificio.
Una forma sencilla de medir la velocidad de la corriente de agua de un río es usando el llamado tubo de pitot. La forma del tubo es la de una L mayúscula y se introduce en la corriente de agua. Por la presión de dicha corriente el agua se elevar5a a una velocidad de altura sobre la superficie.
Conociendo esta altura la velocidad de la corriente se puede calcular empleando el teorema de Torricelli.
Este dispositivo sirve para medir la velocidad de un líquido que circula a presión de un tubería.
Su funcionamiento se basa también en el teorema de Bernoulli. Dicho tubo tiene un estrechamiento y al pasar el líquido por esta parte aumenta su velocidad pero disminuye su presión. Registrando la presión en la parte ancha y en el estrechamiento por medio de 2 manómetros acoplados es esos puntos y conociendo esos puntos y conociendo el valor de las aéreas de las secciones transversales ancha y estrecha del tubo de Bernoulli se puede calcular la velocidad que lleva el liquido a través de la tubería por la que circula.
Calcular el gasto de agua por una tubería al circular 1.2 m3 en ¼ de minuto.
Calcular el tiempo en que se llenara un tanque cuya capacidad es de 10m3 al suministrarle un gasto de 40 litros por segundo.
Con que velocidad sale un liquido por un orificio que se encuentra a una profundidad de 90cm.
La sensación de calor o de frio esta estrechamente relacionado con nuestra vida cotidiana sin embargo el calor es algo más que eso. En el siglo xvlll los físicos lo consideraban como un fluido invisible sin sabor, olor y peso lo llamaban calórico y de el solo se conocían sus defectos, cuanto mas caliente estaba un cuerpo mas fluido calórico obtenía también señalaba que se expandía debido a que esta ocupaba un lugar en el espacio y en la sustancia se enfriaba y contraria.
Finalmente consideraron que el calórico no podía ser creado ni destruido por lo que no era posible formarlo a partir de alguna cosa ni podía ser cambiado por otra.
Benjamín Thompson a finales del siglo xvlll descubrió al barrenar un cañón que la fricción produce mas calor mas adelante joule demostró que cuando se proporciona energía ya sea fricción, corriente eléctrica, radiación o cualquier otro medio para producir trabajo mecánico esto puede ser trasformado en una cantidad equivalente al calor. Estas investigaciones hicieron que se desechara la teoría del calórico para explicar que era el calor. De ahí nació la teoría cinética la cual atribuye al calor a los cuerpos de su energía interna misma que depende cinética y potencial provenientes del movimiento y las posiciones que guardan en cada cuerpo.
La temperatura y el calor están muy ligados pero no son lo mismo. La temperatura de una sustancia es una medida de sus moléculas. El calor de una sustancia es la suma de la energía cinética de todas las moléculas. El calor o la energía térmica se transmiten de los cuerpos que están a alta temperatura a los de baja temperatura.
Para medir la temperatura se utiliza el termómetro, el mercurio es mas común, al calentarse el mercurio se delata y sube por el tubo capilar al enfriarse se contrae y desciende, su nivel indica la temperatura la cual puede ser en este caso de 357ºC a -39ºC. Cuando se requiere medir temperaturas hasta de -130ºC para temperaturas aun menores se usa el tolueno y éteres de petróleo.
Si se trata de temperaturas altas se emplean los termómetros de resistencia cuyo funcionamiento se basa en el hecho de que la resistencia eléctrica de un conductor varía con la temperatura. Por ejemplo la resistencia eléctrica del platino manifiesta variaciones uniformes por lo que es muy útil en la industria.
El alemán Gabriel Fahrenheit soplador de vidrio y fabricante de instrumentos, construyo en 1714 el primer termómetro. Para ello lo coloco a la temperatura mas baja que pudo tener mediante una mezcla de hielo y cloruro de amonio, marco el nivel que alcanzaba el mercurio después al registrar la temperatura del cuerpo humano volvió a marcar el termómetro y entre ambas marcas hizo 96 divisiones iguales. Mas tarde observo que al colocar su termómetro en una mezcla de hielo y fusión con el agua registraba una lectura de 32ºF y al colocarlo en agua hirviendo leía 212ºF.
En 1742 el biólogo sueco Andrés Celsius pasó su escala en el punto de fusión de hielo y el punto de ebullición del agua a la presión de una atmosfera o sea de 760mm de mercurio. Dividió su escala en 100 partes iguales cada una 20ºC año después el ingles William kelvin propuso una nueva escala de temperatura, en la cual el 0 corresponde a lo que tal vez sea la menor temperatura posible llamado 0 absoluto.
Temperatura en la que la EC. Es 0. El tamaño de un grado en la escala kelvin es igual al 1ºCelcius y el valor de 0 en la escala kelvin equivale a -273ºC.
Cuando la temperatura se da en grados kelvin se dice que es absoluta y en la escala aceptada en el sistema internacional de unidades.
Hay un limite de temperatura que es igual a 0ºK igual a -273ºC igual a -470ºF pero no hay limite de ella en forma experimental se obtienen en los laboratorios temperaturas de 1000 grados mientras que en una explosión atómica se alcanzan temperaturas de millones de grados. Se supone que la temperatura en el sol alcanza los 1000 millones de grados.
No obstante de la escala kelvin es la que se usa en SIU para medir temperaturas aun se emplea la escala Celsius o centígrada y la escala Fahrenheit por lo que es conveniente manejar sus equivalencias de acuerdo con la sig. Expresión.
1. Para convertir de grados centígrados
ºK=ºC+273
2. Para convertir de ºK a ºC
ºC=ºK-273
3. para convertir a ºC a ºF
ºF=1.8ºC+32
4. Para convertir de ºF a ºC
ºC=ºF-32/1.8
50ºC ºK
380ºK ºC60ºC ºF
Los cambios de temperatura afecta el tamaño de los cuerpos. La mayoría de estos se dilatan al calentarse y se contraen y se enfrían. Los gases se dilatan más que los líquidos y estos más que los sólidos.
En los gases y líquidos las partículas chocan con unas y otras en forma continua, pero si se calientan chocaran violentamente revotando a mayores distancias y provocaran la dilatación. En los sólidos las partículas vibran al redor de posiciones fijas. Pero al calentarse aumentan su movimiento y se alejan de sus centros de vibración por lo que se produce la dilatación. Por lo contrario al bajar la temperatura las partículas vibran menos y el solido se contrae.
Una barra de cualquier metal que se caliente sufre aumento en tres dimensiones largo. Ancho y alto por lo que su dilatación es cubica, sin embargo generalmente en los cuerpos sólidos como alambres lomas importantes es el aumento de longitud al elevarse la temperatura es decir la dilatación es lineal.
Coeficiente de dilatación lineal es el incremento de longitud que presenta una varilla de determinada sustancia con un largo inicial de un metro cuando su temperatura se eleva un grado por ejemplo una varilladle aluminio de 1m de longitud aumenta 0.000024 al elevar su temperatura de 1c. A este incremento se le llama coeficiente de dilatación lineal y representa con la letra alfa.
Algunos valores del coeficiente dilatación lineal para diferentes circunstancias se representa en la sig. Tabla.
| sustancia | Alfa (1/°C) |
| Fierro | 11.7*10-6 |
| Aluminio | 22.4*10-6 |
| Cobre | 16.7*10-6 |
| Plata | 18.3*10-6 |
| Plomo | 27.3*10-6 |
| Níquel | 12.5*10-6 |
| Acero | 11.5*10-6 |
| Zinc | 35.4*10-6 |
| vidrio | 7.3*10-6 |
Para calcular el coeficiente de dilatación lineal SE EMPLEA LA SIG ECUCION
ALFA= Lf-Lo/ Lo (tf- to)
Donde alfa es igual al coeficiente de dilatación lineal en g°c -1
Lf medida en metros
Lo longitud inicial expresada en metros
Tf temperatura final dado en grados centígrados
To temperatura final inicial expresada en g°c
Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal de una sustancia queremos ocupar una longitud final que tendrá un cuerpo al variar su temperatura, despejamos la temperatura final dela ecuación anterior y tendremos
Lf
Como ya señalamos el calor es una forma de energía por lo que se llama térmica o energía calórica.Por lo tanto las unidades para medir el calor son las mismas que utilizamos el trabajo mecánica y la energía y son en el sistema internacional el Nw*m. que equivale a 1 joule.
Y en el sistema egs que es igual a 1 dina o a un cm.
Recordemos que un joule es igual a 1*107ggs no obstante la existencia de las unidades como la caloría y el vto.
CALORÍA:es la cantidad de calor que se aplica a 1 gramo de agua para elevar su temperaturaa 1ºC.
KILOCALORIA:ES un múltiplo de la caloría y equivale a 1000 calorías.
VTO: Es la cantidad de calor que se aplica a 1 libra de agua para que se eleve su temperatura a 1ºF.
Puesto que la capacidad calorífica de una sustancia es la relación entre el calor que recibe y su variación de temperatura si calentamos diferentes masas de una misma sustancia observaremos que su capacidad calorífica es la misma.
Por definición de calor especifico (CE) de una sustancia es la capacidad calorífica de dicha sustancia entre su masa (M) donde tenemos
Q=m ce at
Donde q= cantidad de valor aplicado
M= masa de la sustancia
Ce= calor especifico de esa masa
At= incremento de temperatura
En términos prácticos tenemos el calor especifico se define como la cantidad de calor que necesita 1 gramo de una sustancia para que eleve su temperatura a 1ºC.
En la sig. Tabla se dan valores de ce para algunas sustancias. se observa en el caso de agua su valor es de 1ºCal/1G*ºC.
Esto quiere decir que 1g. de agua aumenta su temperatura 1ºC cuando se le suministra una cantidad de calor igual a una caloría.
| sustancia | CE en cal./gºC |
| Agua | 1.00 |
| Hielo | 0.50 |
| Vapor | 0.48 |
| Fierro | 0.133 |
| Cobre | 0.093 |
| Aluminio | 0.217 |
| Plata | 0.056 |
| Vidrio | 0.199 |
| mercurio | 0.033 |
| plomo | 0.031 |
Que cantidad de calor se debe aplicar a una barra de plata de 12kg. Para que eleve su temperatura a 22 a 90ºC
600g. de fierro se encuentran a una temperatura de 20ºC calcular la temperatura final si se le suministra 8000 calorías.
La parte de la física que se encarga del estudio de las cargas del movimiento dentro de un conductor recibe el nombre de corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es el movimiento de las cargas negativas a través de un conductor.
Como los protones están fuertemente unidos al núcleo del átomo, son los electrones los que en realidad tienen la libertad de moverse. Es por ello que en general se puede decir que la corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo electrónico a través de un conductor, el cual se produce debido a que existe una diferencia de potencial y los electrones circulan de una terminal negativa a una positiva.
Como en el siglo xlx no se conocía la naturaleza de estos se supuso de forma equivocada que las partículas eran las que fluían a través del conductor por tanto que el sentido de corriente es negativo al polo positivo.
Cuando 2 cuerpos cargados con diferente potencial se conectan mediante un alambre conductor. Las cargas se mueven del punto potencial más alto al más bajo que lo genera una corriente eléctrica instantánea misma que cesara en el momento en el que el montaje en caso que mediante un procedimiento se mantenga lograr en forma constante.
La corriente eléctrica se transmite por los conductores a la velocidad de la luz que es a 300000 kg. En general promedio es de 10cm. * seg.
Esto se explica porque cada electrón obliga al siguiere e moverse en forma instantánea tal como sucede en el movimiento de un tren. En el cual su desplazamiento puede ser lento pero la transmisión del movimiento será cuando comienza su avance es instantáneo desde la maquina guía hasta el ultimo vagón.
Los electrolitos son soluciones capaces de conducir tal es el caso de ácidos y gases que al ser diluidos en el agua se asocian en los átomos siguientes los cuales reciben el nombre de iones la mayoría de los gases conducen electricidad.
Existen 2 clases de energía eléctrica
Corriente continua (cc)
Corriente continua se origina con el campo eléctrico permanece constante lo que provoca que los electrones se muevan siempre en el mismo sentido, es decir, de negativo a positivo (el sentido convencional de la corriente forma equivocada señala que es de positivo a negativo)
Corriente alterna se origina con el campo eléctrico cambia alternativamente de sentido por lo que los electrones oscilan de un lado a otro del conductor así, es constante dado El polo positivo cambia negativo y viceversa.
Cuando el electrón cambia de sentido efectúa una electrónica: 2 alternativas consecutivas constituyen un ciclo.
El numero de ciclos dado reciben el nombre de fluencia misma que se genera es igual a 60 ciclos por segundo.
La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga que pasa por cada sección de un conductor en un segundo por tanto
I=Q/T
Donde I= a la intensidad de la corriente eléctrica en coulous/seg. = 1 Amper.
Q= carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor dada en coulous
T= tiempo que tarda en pasar la carga dada en seg.
La unidad empleada en el SIU para medir a la intensidad de la corriente ELECTRICA ES EL AMPER por definición un Amper equivale al paso de una carga de un coulous a través de una carga de un conductor en seg.
1. Determinar la intensidad de la corriente en un conductor circulan 86 coulous por una sección del mismo en una hora.
2. La intensidad de la corriente eléctrica de un circuito es de 0.0013 ampers. Calcular el tiempo que se requiere para que circule en 120 coulous.
La corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo de electrones a través de un conductor debido a la conducción de una diferencia de potencial. Si se desea que una corriente fluya continuamente por un conductor debe existir un suministro constante de electrones en un extremo del mismo y una salida de ellos por el otro.
Para obtener un suministro de electrones se utilizan las pilas y los generadores eléctricos. Una pila es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica, un generador es un aparato que transforma la energía mecánica en energía.
Si hacemos una analogía hidráulica podemos decir así como una bomba eleva el agua de un nivel menor a un nivel mayor una pila o un generador llevan a los electrones de un punto menor a uno mayor, con lo cual se produce una diferencia de potencial diferente entre los electrones que se encuentran en cada corriente eléctrica a través del conductor y por tal motivo se le denomina fuerza electromotriz de la pila o generador. La fuerza electromotriz mide la cantidad de energía que proporciona a un elemento generador de corriente eléctrica. Por r tanto la fuerza electromotriz aplicada un circuito eléctrico es igual a la energía que es necesario suministrar para la unidad de carga recorra el circuito completo.
Una pila es un dispositivo que transforma la energía química energía eléctrica. Una batería es agrupamiento de 2 o mas pilas unidas en serie o en paralelo.
Una muy usada en radios portátiles, lámparas de mano o resonadoras eléctricas es la pila seca.
Una fuerza eléctrica de 1.5 volts en sus terminales.
La conexión de pilas en serie se efectúa conectando el polo positivo de una con el negativo de otra y así sucesivamente de acuerdo a la fuerza electromotriz que se desea obtener.
La conexión de pilas en paralelo se efectúa al conectar por una parte todos los polos positivos y por la otra todos los negativos. En una conexión de pilas en paralelo el resultado se obtiene al medir la diferencia de potencial entre las terminales de la conexión es la misma que se obtiene al medir la energía de potencial en cualquiera de las pilas que se han conectado sin embrago al medir la intensidad de la corriente se observara que aumenta su valor.
Todos los materiales presentan cierta posición a flujo de electrones o corriente eléctrica pero unos obstruyen la circulación más que otros. Ellos se deben a que los átomos de algunos materiales los electrones externos son seguidos con relativa facilidad disminuyendo la resistencia al paso de la corriente por definición la resistencia eléctrica es la oposición que presenta un conductor al paso a la corriente o flujo de electrones.
Como sabemos la corriente eléctrica circula con relativa facilidad los metales, por ello se utilizan en la construcción de circuitos para conducir la energía eléctrica y se denomina conductores.
En cambio existen otros materiales como el hule, la madera, el plástico, vidrio, porcelana, ceda o corcho, que pres3enta gran dificultad para permitir el paso de la corriente por lo que reciben el nombre de aislantes o dieléctricos.
Los alambres de conexión de circuitos casi siempre están protegidos por hule o algún recubrimiento aislante plástico para evitar que la corriente pase de un lado a otro al ponerse en contacto accidentalmente entre los materiales conductores dieléctricos existen otros tipos de sustancia denominado semiconductores que contaminado con pequeñas impurezas de otros metales y el carbón son excelentes conductores de electricidad.
Existen varios factores que influyen en la resistencia eléctrica de un conductor.
1. La naturaleza de un conductor
Si tomamos alambre de la misma longitud y sección transversal de los sig. Materiales, plata, cobre, aluminio y fierro se pueden verificar que la plata tiene una menor resistencia y de los 4 el fierro es de mayor.
2. La longitud del conductor
A mayor longitud mayor resistencia. Si se duplica la longitud del alambre también lo hace su resistencia.
3. Su sección de área transversal
Al duplicarse la superficie de la sección transversal se reduce la resistencia a la mitad.
4. La temperatura
En el caso de los metales su resistencia aumenta casi en forma proporcional a su temperatura. Sin embargo, cabe señalar que el calor disminuye su resistencia al incrementar su temperatura esto se debe porque la energía que produce la elevación de la temperatura libera mas electrones.
La resistencia que corresponde recibe el nombre de resistencia específica o resistividad.
Físico y profesor alemán utilizo instrumentos de medición bastante confiables en sus experimentos y observo que si aumentaba la diferencia de potencial en un circuito mayor es la intensidad de la corriente eléctrica también comprobó que al aumentar la resistencia del conductor disminuye la intensidad de la corriente eléctrica.
Con base en sus observaciones en 1827 OHM enuncio la ley que lleva su nombre y que dice:
La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en circuito es proporcionalmente a la diferencia de potencia aplicada a sus extremos e inversamente proporcional a ala resistencia del conductor.
Matemáticamente esta ley se expresa como:
I=V/R V=IR R=V/I
Donde V= a la diferencia de potencia aplicada en los extremos del conductor volts.
R= resistencia del conductor en ohms.
I= intensidad de la corriente que circula por el conductor en amperes.
Cabe señalar que la ley de ohm presenta algunas limitaciones como son:
a) Se puede aplicar a los metales pero no al calor o a los materiales utilizados en los transistores.
b) Debe recordar al utilizar la ley que la resistencia cambia con la temperatura ya que como sabemos todos los materiales se calientan por el paso de la corriente.
c) Algunas añeacio0nes conducen mejor las cargas en una dirección en otra.
Determinar la intensidad de la corriente eléctrica a través de una resistencia de 30 ohm al aplicarle una diferencia de potencial de 90 volts.
Un tostador eléctrico tiene una resistencia de 15 ohm cuando esta caliente calcular la intensidad de la corriente que fluirá al conectarlo a la línea de 120 volts.
BLOQUE I
Ø Describe los fluidos en reposo y en movimiento.
BLOQUE II
Ø Distingue diferencia entre el calor y la temperatura
BLOQUE III
Ø Comprende de las leyes de la electricidad
BLOQUE IV
Ø Relaciona la electricidad y el magnetismo
La hidrostática tiene como objeto estudiar a los líquidos en reposo se fundamenta en las leyes y en tales pascal o la paradoja hidrostática. De mismos que contribuyen al cuantificar las expresiones por los ejercidos así como el estudio de características generales.
Los principios de la hidrostática se aplican generalmente en los gases, el termino fluido se aplican tanto en los líquidos como en los gases ya que ambos tienen propiedades comunes.
No obstante hay que recordar que un gas es muy ligero y por tanto se puede comprimir fácilmente mientras que un líquido es prácticamente incomprensible. Los fluidos están constituidos por una gran cantidad de minúsculas partículas de materia, que en los líquidos se deslizan unas sobre otras mientras que en los líquidos y gases se mueven sueltas. Esto explica porque en los líquidos y gases no tienen forma definida adoptando la del recipiente que los comprime. Finalmente recordaremos que un gas es expansible, por lo que su volumen inmediatamente se distribuyen ocupando todo el espacio que se deje libre.
Un liquido por su parte no tiene forma definida pero si volumen definido.
1. VISCOSIDAD.- esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye.
De tal motivo la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que pone un líquido a fluir.
Así en recipiente al que se a hecho una perforación en el centro se pone a fluir por separado miel, leche, agua y alcohol observaremos que la rapidez complicada de cada liquido fluye es distinta; mientras mas viscoso es su liquido mas tiempo tarda en fluir
En la industria se cuantifica la viscosidad en forma prácticautilizando recipientes con una determinada capacidad, que tiene un orificio de un diámetro convencionalmente establecido.
Midiendo el tiempo en que el liquido termine de fluir se conoce su viscosidad.
2. Tensión superficial.-este fenómeno se presenta debido a la atracción que hay entre moléculas de un liquido.
Cuando se coloca un liquido en un recipiente que están en el interior del liquido se atraen entre si en unas contra otras pero las moléculas que quedan en la superficie libre del liquido solo son atraídas por las resultantes de ejercion que se ejercen las moléculas que están abajo del lugar por lo tanto las resultantes están dirigidas al interior del liquido lo que da origen a la tensión superficial.
|
Debido a la tensión superficial una pequeña masa del líquido tiende a ser redonda en el aire tales el caso de las gotas, también los insectos pueden caminar sobre el agua o una aguja muestra con cuidado sobre el líquido no se une. Estos fenómenos son posibles porque la tensión superficial hace que la superficie libre de un líquido se comparte como una finísima membrana elástica.
La tensión superficial del agua puede reducirse a forma considerable y se le agrega detergente esto contribuye a que el agua penetre con mas facilidad en los tejidos durante el lavado de ropa.
3. Cohesión: es la fuerza que mantiene unidas a alas moléculas de una misma sustancia, por la fuerza de cohesión dos gotas que se juntan, se junta para formar una sola, lo mismo sucede con dos gotas de mercurio.
4. Adherencia: es la fuerza de atracción que se manifiesta entre dos moléculas diferentes cuando se ponen en contacto comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los cuerpos sólidos.
Cuando una varilla de vidrio se introduce con un recipiente con agua al sacarla se observa que esta completamente mojada esto significa que el área se adhiere al vidrio, pero si la varilla de vidrio se introduce en recipiente que esta completamente seca, lo cual quiere decir que no hay adherencia entre el mercurio y vidrio.
En general cuando se presenta el fenómeno se adherencia significa que la fuerza de cohesión entre las moléculas entre las sustancias es menor que la fuerza de adherencia que experimenta con otra sustancia dispersada por el cual tiene contacto.
Tal es el caso de agua que se adhiere el vidrio, la pintura al adherirse a un muro el aceite al papel o la tinta a un cuaderno.
|
5.- Capital: se presenta cuando existe contacto entre un liquido y una pared solida especialmente si son tubos muy delgados casi del diámetro de un cabello llamados capilares.
Al introducir un tubo de diámetro en un recipiente con agua se observa que el liquido asciende por el tubo alcanzando una altura mayor que la que existe en la superficie libre del liquido la superficie del liquido contenido en el tubo no es plana si no que forma meniscos cóncavos. Meniscos cóncavos |
Cuando se introduce un tubo capilar en un recipiente que contiene mercurio se observa que el liquido en el lugar de ascender por el tubo descendiendo debido a que sufren a una depresión en este caso se forman meniscos convexos. |
Meniscos convexos
Debido a la capacidad del alcohol y el petróleo asciende en las mechas de lámparas, un algodón o un tarro de azúcar sumergido parcialmente en agua la observen poco a poco.
La densidad de una sustancia (p) expresa la masa contenida en la unidad de volumen su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa.
P=masa/volumen= kg/m2
El peso específico de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa.
Pe=f/v
Pe= peso especifico de la sustancia dada en newton/m.
P= peso de la sustancia dado en Nw.
V= volumen que ocupa dado en m3.
La relación que existe entre la densidad y el peso especifico la podemos obtener si recordamos que:
P=masa Pe=f/v
Pe=f/v
La densidad de los líquidos se determina en forma práctica usando los decímetros, estos dispositivos se sumergen en el liquido en cual se le va a determinar su densidad y esta se lee según el nivel que alcance el liquido en que flota con base en una escala previamente determinada por el fabricante.
La densidad del aceite es de 915 kg/m3
La del alcohol es de 790 kg/m3
La del agua dulce es de 1000 kg/m3
Mientras que la del agua del mar 1020 kg/m3
La expresión matemática de la presión señala que mayor fuerza aplicada mayor presión y a mayor área sobre la que actúa la fuerza menor presión. Es por ello que un block metalico rectangular ejercerá si se coloca sobre una de sus caras de mayor area si se coloca un ara menor. | |||
| |||
Mayor área, menor presión
Menor área, mayor presión
La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes de recipiente que los cambien. Dicha presión actúa en todas las direcciones y solo nula en la superficie libre del líquido.
Todo el líquido contenido en un recipiente origina una presión sobre el fondo y las paredes del mismo esto se debe a que el peso de las moléculas ejerce sobre un área determinada, esta presión recibe el nombre de presión hidrostática la cual aumenta conforme es mayor la profundidad.
La presión hidrostática en cualquier punto puede ser calculada multiplicando el peso específico del líquido para la superficie del líquido al punto considerado.
Ph. = pe h O ph. =p GH
PH= presión hidrostática en Nw/m2
P= densidad del liquido en kg
G= gravedad 9.8 m/seg.
La presión que ejerce un líquido en cualquier punto de un recipiente no depende de la forma de este ni la cantidad del líquido que contiene si no únicamente del peso especifico y de la altura que hay del punto considerado libre del liquido.
La tierra esta rodeada por una capa de aire llamada atmosfera, el aire que es una mezcla de 20% de oxigeno, 49% de nitrógeno, 1% de gases raros, debido a su peso que ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con el llamado presión atmosférica.
1 atmosfera = 760 mm. Hg= 1.013*103 Nw/m3
A medida que es mayor la altura sobre el nivel del mar la presión atmosférica disminuye por ejemplo en la ciudad de México su valor es de 586 mmHg mercurio.
Presión manométrica y presión absoluta.
Cuando un líquido se encuentra contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso soporta la presión atmosférica, la cual se transmite únicamente por todo el volumen del líquido. Si un liquido se encuentra encerrado en un recipiente y además de la presión atmosférica recibe otra presión llamada manométrica que puede ser causada por el calentamiento del recipiente la presión absoluta será la suma de estas dos presiones el dispositivo para medir esta presión se llama manómetro.
Hemos visto que un líquido produce una presión llamada hidrostática, debido a su peso pero si el líquido se encierra erétricamente dentro de un recipiente se puede aplicar otra presión utilizando un error dicha presión se transmitirá íntegramente a todas los puntos del liquido. Esto se explica si recordamos que los líquidos a diferencia de los gases y sólidos son prácticamente incomprensibles. La anterior observación fue hecha por el físico francés Blaise pascal enunciado el sig. Principio que lleva su nombre:
Toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado por un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido.
El principio de pascal puede ser comprobado utilizando una esfera hueca a los que se ha hecho agujeros a diferentes lugares y que esta provista de un emboló.
Al llenarse la esfera con agua ejercer una presión sobre ella se observa que el agua sale por todos lados por los agujeros con la misma presión.
La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de pascal constan esencialmente de 2 cilindros cada uno con su respectivo embolo unidos por medio de un tuvo de comunicación. Se llena de líquido el tubo y los cilindros y al aplicar una fuerza en embolo menor tamaño la presión que genera se transmite al embolo mayor.
Con este dispositivo una fuerza pequeña actuando sobre el embolo menor produce una gran fuerza sobre el embolo mayor.
Como la presión en el embolo menor esta dado por la relación f/a así como la presión en el embolo mayor esta dado por F/A de acuerdo con el principio de pascal ambas presiones son iguales, la formula para la prensa hidráulica es F/A=f/a.
A= área del embolo mayor en m2.
F= fuerza obtenida en el embolo menor en Nw.
A= área de extensión en el embolo menor en m2.
La prensa hidráulica se utiliza en las estaciones de servicio para levantar automóviles en la industria para comprimir algodón o tabaco, para extraer aceites de algunas semillas o jugo de algunas frutas. Los frenos hidráulicos en los automóviles se basan también en el principio de pascal. Cuando se piza el freno el liquido contenido en el cilindro maestro transmite la presión recibida hacienda funcionar los cilindros de cada rueda mismos que abren las balatas para detener el giro de los neumáticos.
Cuando un cuerpo se introduce en un recipiente que contiene un liquido, se observa que el liquido ejerce una presión vertical ascendente sobre el cuerpo esto se comprueba al introducir un trozo de madera en el agua, la madera es empujada hacia arriba por lo que se ejercerá una fuerza hacia abajo si se desea mantener sumergida. De igual forma hemos notado que al introducirlos en una barra por su parte mas baja a medida que nos aproximamos a la parte mas onda sentimos una Parente perdida de peso comenzando a flotar debido al empuje recibido por el agua.
El empuje que reciben los cuerpos al ser introducidos en un liquido fue estudiado por el griego Arquímedes quien se destacó además con sus investigaciones realizadas con el uso de las palancas la geometría plana y del espacio y su teoría sobre los números.
El principio de Arquímedes dice “todo cuerpo sumergido recibe un empuje ascendente al peso del fluido desalojado”.
Cuando un cuerpo se encuentra sumergido totalmente en un liquido todos los puntos de su superficie reciben una presión hidrostática que es mayor conforme aumenta la profundidad de un punto.
Las presiones ejercidas sobre las caras laterales opuestas del cuerpo se neutralizan mutuamente sin embargo el cuerpo se encuentra sujeto a otras 2 fuerzas que son opuestas, una debido a su peso que lo empuja hacia abajo y otra que por el empuje del liquido lo impulsa hacia arriba. De acuerdo a la magnitud de estas fuerzas tendremos los sig. Casos:
Si el peso de un cuerpo es menor que el empuje que recibe el cuerpo flota.
1) Una menor cantidad de líquido que su volumen.
2) Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecerá en equilibrio sumergido en el líquido.
3) Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje se une sufriendo una disminución aparente en su peso.
Para que un barco flote tiene que desalojar, un volumen del líquido tal que el dicho liquido sea igual al peso del barco.
Para que un barco flote en un fluido su densidad promedio debe ser menor a la densidad del fluido.
El empuje que recibe un cuerpo sumergido en un liquido se determina multiplicando el peso especifico de un liquido por el volumen de este que ha sido desalojado.
Algunas aplicaciones del principió de Arquímedes son flotación de barcos, submarinos, salvavidas, densímetros o en los flotadores de las cajas de los inodoros.
0.5 kg del alcohol etílico ocupa un valor de 0.000633 calcular
a) Su densidad
b) Su peso especifico.
Cual es la densidad de un aceite cuyo peso específico es de 8967 Nw. /m3.
Calcular la presión hidrostática en el fondo de una alberca de 5m. De profundidad si la densidad del agua es de 1000 kg/m3.
Se define como la cantidad de masa del liquido que se fluyeatreves de una tubería por un segundo F=M/T donde
F= flujo kg/s
M= masa del liquido que fluye en kg.
T= el tiempo que tarda en fluir en segundos.
Como la densidad de un cuerpo es la relación que hay entre su masa y volumen tenemos:
P=M/V --------------------- 1
M=P M ---------------------2
Por lo que el flujo será F=PV/T ------------------3
Sustituyendo 4 en 3 tenemos F=GP
F= flujo en kg/s.
G= gasto en kg/m3.
La cantidad del liquido que pasa por el punto 1 es la misma que pasa por el punto 2 por lo que g1 = g2o bien A1V1=A2V2 veamos una tubería que reduce considerablemente su sesión transversal en el punto 1 y 2 sin embargo, puesto que considerado incomprensible a los líquidos resulta que la cantidad de liquido que pasa por el punto 1 es la misma que pasa por el punto 2. Por ello don de el tubo tiene mas sección transversal, el liquido lleva una mayoría velocidad a la que adquiere al pasar al punto 2 donde, la reducción del área de la sección transversal del tubo que compensa con un aumento en la velocidad del liquido. Por lo tanto, el gasto en el punto 1 es igual al gasto en el punto 2 G1=G2 constante A1V1=A2V2 ecuación de continuidad.
El físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782) estudio el comportamiento de los líquidos y encontró: que la presión que un líquido fluye por la tubería es baja si su velocidad es alta y por lo contrario, es alta su velocidad es baja.
Por lo tanto, la ley de la conservación de la energía también se cumple cuando los líquidos están en movimiento.
Con base a sus estudios, Bernoulli enuncio el siguiente teorema que lleva su nombre.
“en un liquido lineal cuyo flujo es estacional la suma de las energías cinética, potencial y la de presión que tiene el liquido en un punto es igual a la suma de estas energías en otro punto cualquiera”.
El liquido que pasa tanto en el punto 1 como en el 2 poseen 3 clases de energía que son:
a) Energía cinética: debido a la velocidad y a la masa del liquido Ec= ½ mv2
b) Energía potencial: debido a la altura del liquido respecto a un punto de referencia Ep= mgh.
c) Energía de presión: originada por la presión que unas moléculas del liquido ejercen sobre las otras por lo que el trabajó que se realiza para el desplazamiento de las moléculas es igual a la energía de presión Ep=m/p
De donde Ep= a la energía de presión dada en joule.
P= presión en Nw. /m2
M= masa del liquido en kg/m3
P= densidad del liquido en kg/m3
Así con el teorema de Bernoulli las sumas de las energías cinética, potencial y de presión en el punto 1 es igual a la suma de estas energías en el punto 2.
Ec1 + Ep1 + E presión= Ec2 +Ep2 E presion2
De acuerdo con lo señalado solo nos queda de la ecuación de Bernoulli lo sig. Términos
Gh=v22/2
Puesto que buscamos calcular la salida en el orificio la despejamos en la ecuación anterior quedando de la sig. Forma
V=2 Gh
Donde V= a la velocidad del liquido por el oricio en metros * seg.
G= aceleración de la gravedad.
H= profundidad a la que se encuentra el orificio de salida.
La ecuación anterior fue encontrada por el físico italiano Evangelista torreselli quien indicio el sig. Teorema que lleva su nombre:
“la velocidad con la que sale un liquido por el orificio de un recipiente es igual a la que adquiere un cuerpo que se dejara caer libremente desde la superficie libe del liquido hasta el nivel del orificio.
“la velocidad con la que sale un liquido por el orificio de un recipiente es igual a la que adquiere un cuerpo que se dejara caer libremente desde la superficie libe del liquido hasta el nivel del orificio.
Una forma sencilla de medir la velocidad de la corriente de agua de un río es usando el llamado tubo de pitot. La forma del tubo es la de una L mayúscula y se introduce en la corriente de agua. Por la presión de dicha corriente el agua se elevar5a a una velocidad de altura sobre la superficie.
Conociendo esta altura la velocidad de la corriente se puede calcular empleando el teorema de Torricelli.
Este dispositivo sirve para medir la velocidad de un líquido que circula a presión de un tubería.
Su funcionamiento se basa también en el teorema de Bernoulli. Dicho tubo tiene un estrechamiento y al pasar el líquido por esta parte aumenta su velocidad pero disminuye su presión. Registrando la presión en la parte ancha y en el estrechamiento por medio de 2 manómetros acoplados es esos puntos y conociendo esos puntos y conociendo el valor de las aéreas de las secciones transversales ancha y estrecha del tubo de Bernoulli se puede calcular la velocidad que lleva el liquido a través de la tubería por la que circula.
Calcular el gasto de agua por una tubería al circular 1.2 m3 en ¼ de minuto.
Calcular el tiempo en que se llenara un tanque cuya capacidad es de 10m3 al suministrarle un gasto de 40 litros por segundo.
Con que velocidad sale un liquido por un orificio que se encuentra a una profundidad de 90cm.
La sensación de calor o de frio esta estrechamente relacionado con nuestra vida cotidiana sin embargo el calor es algo más que eso. En el siglo xvlll los físicos lo consideraban como un fluido invisible sin sabor, olor y peso lo llamaban calórico y de el solo se conocían sus defectos, cuanto mas caliente estaba un cuerpo mas fluido calórico obtenía también señalaba que se expandía debido a que esta ocupaba un lugar en el espacio y en la sustancia se enfriaba y contraria.
Finalmente consideraron que el calórico no podía ser creado ni destruido por lo que no era posible formarlo a partir de alguna cosa ni podía ser cambiado por otra.
Benjamín Thompson a finales del siglo xvlll descubrió al barrenar un cañón que la fricción produce mas calor mas adelante joule demostró que cuando se proporciona energía ya sea fricción, corriente eléctrica, radiación o cualquier otro medio para producir trabajo mecánico esto puede ser trasformado en una cantidad equivalente al calor. Estas investigaciones hicieron que se desechara la teoría del calórico para explicar que era el calor. De ahí nació la teoría cinética la cual atribuye al calor a los cuerpos de su energía interna misma que depende cinética y potencial provenientes del movimiento y las posiciones que guardan en cada cuerpo.
La temperatura y el calor están muy ligados pero no son lo mismo. La temperatura de una sustancia es una medida de sus moléculas. El calor de una sustancia es la suma de la energía cinética de todas las moléculas. El calor o la energía térmica se transmiten de los cuerpos que están a alta temperatura a los de baja temperatura.
Para medir la temperatura se utiliza el termómetro, el mercurio es mas común, al calentarse el mercurio se delata y sube por el tubo capilar al enfriarse se contrae y desciende, su nivel indica la temperatura la cual puede ser en este caso de 357ºC a -39ºC. Cuando se requiere medir temperaturas hasta de -130ºC para temperaturas aun menores se usa el tolueno y éteres de petróleo.
Si se trata de temperaturas altas se emplean los termómetros de resistencia cuyo funcionamiento se basa en el hecho de que la resistencia eléctrica de un conductor varía con la temperatura. Por ejemplo la resistencia eléctrica del platino manifiesta variaciones uniformes por lo que es muy útil en la industria.
El alemán Gabriel Fahrenheit soplador de vidrio y fabricante de instrumentos, construyo en 1714 el primer termómetro. Para ello lo coloco a la temperatura mas baja que pudo tener mediante una mezcla de hielo y cloruro de amonio, marco el nivel que alcanzaba el mercurio después al registrar la temperatura del cuerpo humano volvió a marcar el termómetro y entre ambas marcas hizo 96 divisiones iguales. Mas tarde observo que al colocar su termómetro en una mezcla de hielo y fusión con el agua registraba una lectura de 32ºF y al colocarlo en agua hirviendo leía 212ºF.
En 1742 el biólogo sueco Andrés Celsius pasó su escala en el punto de fusión de hielo y el punto de ebullición del agua a la presión de una atmosfera o sea de 760mm de mercurio. Dividió su escala en 100 partes iguales cada una 20ºC año después el ingles William kelvin propuso una nueva escala de temperatura, en la cual el 0 corresponde a lo que tal vez sea la menor temperatura posible llamado 0 absoluto.
Temperatura en la que la EC. Es 0. El tamaño de un grado en la escala kelvin es igual al 1ºCelcius y el valor de 0 en la escala kelvin equivale a -273ºC.
Cuando la temperatura se da en grados kelvin se dice que es absoluta y en la escala aceptada en el sistema internacional de unidades.
Hay un limite de temperatura que es igual a 0ºK igual a -273ºC igual a -470ºF pero no hay limite de ella en forma experimental se obtienen en los laboratorios temperaturas de 1000 grados mientras que en una explosión atómica se alcanzan temperaturas de millones de grados. Se supone que la temperatura en el sol alcanza los 1000 millones de grados.
No obstante de la escala kelvin es la que se usa en SIU para medir temperaturas aun se emplea la escala Celsius o centígrada y la escala Fahrenheit por lo que es conveniente manejar sus equivalencias de acuerdo con la sig. Expresión.
1. Para convertir de grados centígrados
ºK=ºC+273
2. Para convertir de ºK a ºC
ºC=ºK-273
3. para convertir a ºC a ºF
ºF=1.8ºC+32
4. Para convertir de ºF a ºC
ºC=ºF-32/1.8
50ºC ºK380ºK ºC60ºC ºFLos cambios de temperatura afecta el tamaño de los cuerpos. La mayoría de estos se dilatan al calentarse y se contraen y se enfrían. Los gases se dilatan más que los líquidos y estos más que los sólidos.
En los gases y líquidos las partículas chocan con unas y otras en forma continua, pero si se calientan chocaran violentamente revotando a mayores distancias y provocaran la dilatación. En los sólidos las partículas vibran al redor de posiciones fijas. Pero al calentarse aumentan su movimiento y se alejan de sus centros de vibración por lo que se produce la dilatación. Por lo contrario al bajar la temperatura las partículas vibran menos y el solido se contrae.
Una barra de cualquier metal que se caliente sufre aumento en tres dimensiones largo. Ancho y alto por lo que su dilatación es cubica, sin embargo generalmente en los cuerpos sólidos como alambres lomas importantes es el aumento de longitud al elevarse la temperatura es decir la dilatación es lineal.
Coeficiente de dilatación lineal es el incremento de longitud que presenta una varilla de determinada sustancia con un largo inicial de un metro cuando su temperatura se eleva un grado por ejemplo una varilladle aluminio de 1m de longitud aumenta 0.000024 al elevar su temperatura de 1c. A este incremento se le llama coeficiente de dilatación lineal y representa con la letra alfa.
Algunos valores del coeficiente dilatación lineal para diferentes circunstancias se representa en la sig. Tabla.
| sustancia | Alfa (1/°C) |
| Fierro | 11.7*10-6 |
| Aluminio | 22.4*10-6 |
| Cobre | 16.7*10-6 |
| Plata | 18.3*10-6 |
| Plomo | 27.3*10-6 |
| Níquel | 12.5*10-6 |
| Acero | 11.5*10-6 |
| Zinc | 35.4*10-6 |
| vidrio | 7.3*10-6 |
Para calcular el coeficiente de dilatación lineal SE EMPLEA LA SIG ECUCION
ALFA= Lf-Lo/ Lo (tf- to)
Donde alfa es igual al coeficiente de dilatación lineal en g°c -1
Lf medida en metros
Lo longitud inicial expresada en metros
Tf temperatura final dado en grados centígrados
To temperatura final inicial expresada en g°c
Si conocemos el coeficiente de dilatación lineal de una sustancia queremos ocupar una longitud final que tendrá un cuerpo al variar su temperatura, despejamos la temperatura final dela ecuación anterior y tendremos
Lf
Como ya señalamos el calor es una forma de energía por lo que se llama térmica o energía calórica.Por lo tanto las unidades para medir el calor son las mismas que utilizamos el trabajo mecánica y la energía y son en el sistema internacional el Nw*m. que equivale a 1 joule.
Y en el sistema egs que es igual a 1 dina o a un cm.
Recordemos que un joule es igual a 1*107ggs no obstante la existencia de las unidades como la caloría y el vto.
CALORÍA:es la cantidad de calor que se aplica a 1 gramo de agua para elevar su temperaturaa 1ºC.
KILOCALORIA:ES un múltiplo de la caloría y equivale a 1000 calorías.
VTO: Es la cantidad de calor que se aplica a 1 libra de agua para que se eleve su temperatura a 1ºF.
Puesto que la capacidad calorífica de una sustancia es la relación entre el calor que recibe y su variación de temperatura si calentamos diferentes masas de una misma sustancia observaremos que su capacidad calorífica es la misma.
Por definición de calor especifico (CE) de una sustancia es la capacidad calorífica de dicha sustancia entre su masa (M) donde tenemos
Q=m ce at
Donde q= cantidad de valor aplicado
M= masa de la sustancia
Ce= calor especifico de esa masa
At= incremento de temperatura
En términos prácticos tenemos el calor especifico se define como la cantidad de calor que necesita 1 gramo de una sustancia para que eleve su temperatura a 1ºC.
En la sig. Tabla se dan valores de ce para algunas sustancias. se observa en el caso de agua su valor es de 1ºCal/1G*ºC.
Esto quiere decir que 1g. de agua aumenta su temperatura 1ºC cuando se le suministra una cantidad de calor igual a una caloría.
| sustancia | CE en cal./gºC |
| Agua | 1.00 |
| Hielo | 0.50 |
| Vapor | 0.48 |
| Fierro | 0.133 |
| Cobre | 0.093 |
| Aluminio | 0.217 |
| Plata | 0.056 |
| Vidrio | 0.199 |
| mercurio | 0.033 |
| plomo | 0.031 |
Que cantidad de calor se debe aplicar a una barra de plata de 12kg. Para que eleve su temperatura a 22 a 90ºC
600g. de fierro se encuentran a una temperatura de 20ºC calcular la temperatura final si se le suministra 8000 calorías.
La parte de la física que se encarga del estudio de las cargas del movimiento dentro de un conductor recibe el nombre de corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es el movimiento de las cargas negativas a través de un conductor.
Como los protones están fuertemente unidos al núcleo del átomo, son los electrones los que en realidad tienen la libertad de moverse. Es por ello que en general se puede decir que la corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo electrónico a través de un conductor, el cual se produce debido a que existe una diferencia de potencial y los electrones circulan de una terminal negativa a una positiva.
Como en el siglo xlx no se conocía la naturaleza de estos se supuso de forma equivocada que las partículas eran las que fluían a través del conductor por tanto que el sentido de corriente es negativo al polo positivo.
Cuando 2 cuerpos cargados con diferente potencial se conectan mediante un alambre conductor. Las cargas se mueven del punto potencial más alto al más bajo que lo genera una corriente eléctrica instantánea misma que cesara en el momento en el que el montaje en caso que mediante un procedimiento se mantenga lograr en forma constante.
La corriente eléctrica se transmite por los conductores a la velocidad de la luz que es a 300000 kg. En general promedio es de 10cm. * seg.
Esto se explica porque cada electrón obliga al siguiere e moverse en forma instantánea tal como sucede en el movimiento de un tren. En el cual su desplazamiento puede ser lento pero la transmisión del movimiento será cuando comienza su avance es instantáneo desde la maquina guía hasta el ultimo vagón.
Los electrolitos son soluciones capaces de conducir tal es el caso de ácidos y gases que al ser diluidos en el agua se asocian en los átomos siguientes los cuales reciben el nombre de iones la mayoría de los gases conducen electricidad.
Existen 2 clases de energía eléctrica
Corriente continua (cc)
Corriente continua se origina con el campo eléctrico permanece constante lo que provoca que los electrones se muevan siempre en el mismo sentido, es decir, de negativo a positivo (el sentido convencional de la corriente forma equivocada señala que es de positivo a negativo)
Corriente alterna se origina con el campo eléctrico cambia alternativamente de sentido por lo que los electrones oscilan de un lado a otro del conductor así, es constante dado El polo positivo cambia negativo y viceversa.
Cuando el electrón cambia de sentido efectúa una electrónica: 2 alternativas consecutivas constituyen un ciclo.
El numero de ciclos dado reciben el nombre de fluencia misma que se genera es igual a 60 ciclos por segundo.
La intensidad de la corriente eléctrica es la cantidad de carga que pasa por cada sección de un conductor en un segundo por tanto
I=Q/T
Donde I= a la intensidad de la corriente eléctrica en coulous/seg. = 1 Amper.
Q= carga eléctrica que pasa por cada sección de un conductor dada en coulous
T= tiempo que tarda en pasar la carga dada en seg.
La unidad empleada en el SIU para medir a la intensidad de la corriente ELECTRICA ES EL AMPER por definición un Amper equivale al paso de una carga de un coulous a través de una carga de un conductor en seg.
1. Determinar la intensidad de la corriente en un conductor circulan 86 coulous por una sección del mismo en una hora.
2. La intensidad de la corriente eléctrica de un circuito es de 0.0013 ampers. Calcular el tiempo que se requiere para que circule en 120 coulous.
La corriente eléctrica se origina por el movimiento o flujo de electrones a través de un conductor debido a la conducción de una diferencia de potencial. Si se desea que una corriente fluya continuamente por un conductor debe existir un suministro constante de electrones en un extremo del mismo y una salida de ellos por el otro.
Para obtener un suministro de electrones se utilizan las pilas y los generadores eléctricos. Una pila es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica, un generador es un aparato que transforma la energía mecánica en energía.
Si hacemos una analogía hidráulica podemos decir así como una bomba eleva el agua de un nivel menor a un nivel mayor una pila o un generador llevan a los electrones de un punto menor a uno mayor, con lo cual se produce una diferencia de potencial diferente entre los electrones que se encuentran en cada corriente eléctrica a través del conductor y por tal motivo se le denomina fuerza electromotriz de la pila o generador. La fuerza electromotriz mide la cantidad de energía que proporciona a un elemento generador de corriente eléctrica. Por r tanto la fuerza electromotriz aplicada un circuito eléctrico es igual a la energía que es necesario suministrar para la unidad de carga recorra el circuito completo.
Una pila es un dispositivo que transforma la energía química energía eléctrica. Una batería es agrupamiento de 2 o mas pilas unidas en serie o en paralelo.
Una muy usada en radios portátiles, lámparas de mano o resonadoras eléctricas es la pila seca.
Una fuerza eléctrica de 1.5 volts en sus terminales.
La conexión de pilas en serie se efectúa conectando el polo positivo de una con el negativo de otra y así sucesivamente de acuerdo a la fuerza electromotriz que se desea obtener.
La conexión de pilas en paralelo se efectúa al conectar por una parte todos los polos positivos y por la otra todos los negativos. En una conexión de pilas en paralelo el resultado se obtiene al medir la diferencia de potencial entre las terminales de la conexión es la misma que se obtiene al medir la energía de potencial en cualquiera de las pilas que se han conectado sin embrago al medir la intensidad de la corriente se observara que aumenta su valor.
Todos los materiales presentan cierta posición a flujo de electrones o corriente eléctrica pero unos obstruyen la circulación más que otros. Ellos se deben a que los átomos de algunos materiales los electrones externos son seguidos con relativa facilidad disminuyendo la resistencia al paso de la corriente por definición la resistencia eléctrica es la oposición que presenta un conductor al paso a la corriente o flujo de electrones.
Como sabemos la corriente eléctrica circula con relativa facilidad los metales, por ello se utilizan en la construcción de circuitos para conducir la energía eléctrica y se denomina conductores.
En cambio existen otros materiales como el hule, la madera, el plástico, vidrio, porcelana, ceda o corcho, que pres3enta gran dificultad para permitir el paso de la corriente por lo que reciben el nombre de aislantes o dieléctricos.
Los alambres de conexión de circuitos casi siempre están protegidos por hule o algún recubrimiento aislante plástico para evitar que la corriente pase de un lado a otro al ponerse en contacto accidentalmente entre los materiales conductores dieléctricos existen otros tipos de sustancia denominado semiconductores que contaminado con pequeñas impurezas de otros metales y el carbón son excelentes conductores de electricidad.
Existen varios factores que influyen en la resistencia eléctrica de un conductor.
1. La naturaleza de un conductor
Si tomamos alambre de la misma longitud y sección transversal de los sig. Materiales, plata, cobre, aluminio y fierro se pueden verificar que la plata tiene una menor resistencia y de los 4 el fierro es de mayor.
2. La longitud del conductor
A mayor longitud mayor resistencia. Si se duplica la longitud del alambre también lo hace su resistencia.
3. Su sección de área transversal
Al duplicarse la superficie de la sección transversal se reduce la resistencia a la mitad.
4. La temperatura
En el caso de los metales su resistencia aumenta casi en forma proporcional a su temperatura. Sin embargo, cabe señalar que el calor disminuye su resistencia al incrementar su temperatura esto se debe porque la energía que produce la elevación de la temperatura libera mas electrones.
La resistencia que corresponde recibe el nombre de resistencia específica o resistividad.
Físico y profesor alemán utilizo instrumentos de medición bastante confiables en sus experimentos y observo que si aumentaba la diferencia de potencial en un circuito mayor es la intensidad de la corriente eléctrica también comprobó que al aumentar la resistencia del conductor disminuye la intensidad de la corriente eléctrica.
Con base en sus observaciones en 1827 OHM enuncio la ley que lleva su nombre y que dice:
La intensidad de la corriente eléctrica que pasa por un conductor en circuito es proporcionalmente a la diferencia de potencia aplicada a sus extremos e inversamente proporcional a ala resistencia del conductor.
Matemáticamente esta ley se expresa como:
I=V/R V=IR R=V/I
Donde V= a la diferencia de potencia aplicada en los extremos del conductor volts.
R= resistencia del conductor en ohms.
I= intensidad de la corriente que circula por el conductor en amperes.
Cabe señalar que la ley de ohm presenta algunas limitaciones como son:
a) Se puede aplicar a los metales pero no al calor o a los materiales utilizados en los transistores.
b) Debe recordar al utilizar la ley que la resistencia cambia con la temperatura ya que como sabemos todos los materiales se calientan por el paso de la corriente.
c) Algunas añeacio0nes conducen mejor las cargas en una dirección en otra.
Determinar la intensidad de la corriente eléctrica a través de una resistencia de 30 ohm al aplicarle una diferencia de potencial de 90 volts.
Un tostador eléctrico tiene una resistencia de 15 ohm cuando esta caliente calcular la intensidad de la corriente que fluirá al conectarlo a la línea de 120 volts.
Un alambre conductor dejara pasar 6 amperes al aplicarle 110 volts calcular el valor de la resistencia.
Un alambre conductor dejara pasar 6 amperes al aplicarle 110 volts calcular el valor de la resistencia.
No hay comentarios:
Publicar un comentario