TEMA 1
Teorema de Torricelli
El
físico Evangelista Torricelli fue el primero en calcular con qué velocidad sale
agua de una perforación. El teorema de Torricelli o principio de Torricelli es
una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido
contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de
la gravedad.
Las
aplicaciones del Teorema de Torricelli
2)
El uso en turbinas. en las plantas hidráulicas en industrias y aviones.
3)
Los compresores. En barcos. Unidades de refrigeración.
4)
Las bombas. Mayormente tienen aplicación para dar una presión constante de
líquidos. Se implementan en la industria y el hogar.
5)
En la medicina la mecánica de fluidos se usa para destruir cálculos renales.
Practica
del Teorema de Torricelli
MATERIALES
CANTIDAD MATERIALES
1 BOTELLA DE PLÁSTICO TRANSPARENTE DE 1.5 L SIN ETIQUETA
1 CLAVO DE 1IN
1 PINZAS (MECÁNICAS O DE ELECTRICISTA)
1 MARCADOR PERMANENTE COLOR
NEGRO
1 CINTA ADHESIVA DE 18 MM
1 REGLA DE 30 CM
1 CRÓNOMETRO
1 JERINGA DE 3 O 5 ML
1 FRANELA
1 RECIPIENTE
1 ENCENDEDOR
SUSTANCIA AGUA
PROCEDIMIENTO
2.Sujeta el clavo por la cabeza con la pinza y utilizando el encendedor
calentamos el extremo con punta del clavo hasta el rojo vivo.
3.Enseguida realiza las perforaciones en el área marcada una a una de la
botella de plástico y dejamos enfriar el clavo antes de ser desechado.
4.Coloca un trozo de cinta adhesiva tapando los orificios de la botella.
5.Llena la botella con agua de la llave hasta el cuello de la misma y la colocamos sobre la orilla de la mesa, enseguida colocamos un traste para hacer un depósito para el agua, cerca de la orilla de la mesa con el propósito de no derramar el agua sobre la superficie de la misma.
6.Retira una por una las cintas adhesivas de arriba hacia abajo y
observamos detenidamente como es la salida del agua por cada orificio; anotamos
de donde sale con mayor y menor velocidad, así como cuál fue su causa.
7.Una vez que la botella se vació hasta el último orificio, la seca con
la franela por la parte de afuera y colocamos de nuevo la cinta adhesiva en
cada orificio.
8.Llena nuevamente la botella de agua.
9.Destapa únicamente el orificio superior con una altura de 20 cm sobre
la base, simultáneamente pusimos en marcha el cronometro y recibimos el líquido
desalojado durante 10 segundos registrados en el cronometro, mide el volumen desalojado
con la jeringa y determina el gasto y el flujo con las siguientes expresiones:
Q= V/t, f= m/t.
Registra los datos: Q=9.7 cm3/s f=
9.7 g/s.
10.Tapa una vez más el orificio destapado anteriormente y llena
nuevamente la botella
11.Ahora destapa solamente el orificio de en medio a 10 cm de la base,
simultáneamente pusimos en marcha el cronometro y recibimos el líquido
desalojado durante 10 segundos registrados en el cronometro. Calcula gasto y el
flujo y registra los datos: Q= 16.8 cm3/s f= 16.8 g/s
12.Repite el paso 12 y ahora destapa únicamente el orificio inferior de
5 cm de profundidad de la base y recibe el líquido durante 10 segundos
cronometrados. Calcula el gasto y el flujo, registramos los datos: Q= 20.2cm3/s f= 20.2 g/s.
13.Mide nuevamente la altura de la columna de agua que hay en cada uno de los orificios y determina la presión hidrostática, para cada uno de ellos (cuando el envase este totalmente lleno de agua), para lo cual debimos aplicar la formula siguiente: PH= p.g.h y anotamos los resultados en la tabla.
14.Aplicamos
el teorema de Torricelli y calculamos con que velocidad en m/s salió el agua en
cada uno de los orificios cuando la botella de plástico estaba totalmente llena
de agua.
TEMA 2
Escalas de temperatura
La temperatura es
una magnitud física que indica la energía interna de un cuerpo, de un objeto o
del medio ambiente en general, medida por un termómetro
Dicha energía
interna se expresa en términos de calor y frío, siendo el primero asociado con
una temperatura más alta, mientras que el frío se asocia con una temperatura
más baja.
Las unidades de
medida de temperatura son los grados Celsius (ºC), los grados Fahrenheit (ºF) y
los grados Kelvin (K). El cero absoluto (0 K) corresponde a -273,15 ºC.
TEMA 3
Calor
El
calor se define como la energía en tránsito cedida o absorbida entre dos
cuerpos, cuyas masas se encuentran a temperaturas que varían en un número
determinado de grados, es decir, dichos cuerpos se encuentran a diferentes
temperaturas.
En nuestra vida cotidiana estamos en contacto directo con los cuerpos que nos rodean (llaves, platos, metales en casa) los cuales tienen diferentes temperaturas, siendo capaces de establecer diferencias entre los cuerpos calientes y los menos calientes, pero no podemos determinar la cantidad de calor que poseen los cuerpos por simple contacto con ellos, necesitamos de algo más determinante. Así como la termometría nos muestra las escalas para la medición de la temperatura, la Calorimetría nos muestra las unidades para cuantificar el calor.
Calorimetría.- Es la rama de la Física que estudia la medición de las
cantidades de calor, o sea las cantidades de energía que intervienen en los
procesos térmicos.
Las unidades de Calor en el sistema internacional de unidades es el
Joule. Sin embargo, se utiliza con más frecuencia la unidad denominada caloría.
Caloría en Física es la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de un GRAMO de agua, en un grado centígrado.
Las unidades de Calor en el sistema inglés de unidades es el BTU.
BTU es la cantidad de calor aplicada a una libra de agua (44 g) para
elevar su temperatura en un grado Fahrenheit.
Por otro lado se ha observado que al suministrar la misma cantidad de
calor a dos sustancias diferentes el aumento de temperatura no es el mismo. En
este caso nos estaremos refiriendo a una propiedad de las sustancias llamada
Capacidad calorífica y se define como:
Capacidad Calorífica (C) se define como la relación existente entre la
cantidad de calor ΔQ que recibe y su correspondiente elevación de temperatura
ΔT. Su ecuación matemática sería:
Las unidades en que se puede expresar la Capacidad Calorífica pueden
ser: Cal/°C, Kcal/°C, J/°C, J/ºk o BTU/°C.
Se observó también que al calentar dos trozos de hierro, uno de 2 kg y
otro de 10 kg, la relación ΔQ/ΔT = C es diferente entre los dos trozos, aunque
se trate de la misma sustancia. Pero si dividimos ambos resultados entre sus
masas correspondientes el valor se vuelve igual para ambos casos, es decir, se
vuelve constante. A esta relación C/m = Constante se le dio el nombre de Calor
específico (Ce) o Capacidad Calorífica específica y es una propiedad
característica y exclusiva de cada sustancia.
Es importante definir el concepto de CALOR ESPECÍFICO
Es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado de la temperatura
de una unidad de masa y aclaramos que cada sustancia tiene su propio valor de
calor específico.
La fórmula que nos permite determinar la cantidad de calor (Q) cedida o
absoluta por un cuerpo de masa y calor específico, cuando su temperatura
inicial varía hasta la temperatura final se puede calcular mediante la fórmula:
TEMA 4
Leyes de los gases
Las
leyes de los gases son un conjunto de leyes químicas y físicas que permiten
determinar el comportamiento de los gases en un sistema cerrado.
Parámetros
de las leyes de los gases
Los
parámetros estudiados en las diferentes leyes de los gases son:
Presión:
es la cantidad de fuerza aplicada sobre una superficie. La unidad de presión en
SI es el pascal (Pa) pero para el análisis matemático de las leyes de los gases
se usa la unidad de atmósfera (atm); 1 atm es igual a 101325 Pa.
Volumen:
es el espacio ocupado por una cierta cantidad de masa y se expresa en litros
(L).
Temperatura:
es la medida de la agitación interna de las partículas de gas y se expresa en
unidades kelvin (K). Para transformar centígrados a kelvin, sólo tenemos que
sumar 273.
Moles:
es la cantidad de masa del gas. Se representa con la letra n y sus
unidades son moles.
¿Qué
es un gas ideal?
Para
poder aplicar las leyes de los gases se debe definir qué es un gas ideal. Un
gas ideal es un gas teórico compuesto de partículas que se mueven al azar y que
no interactúan entre ellas. Los gases en general se comportan de manera ideal
cuando se encuentran a altas temperaturas y bajas presiones. Esto es debido a
la disminución de las fuerzas intermoleculares.
Cuando un gas se encuentra a muy baja temperatura y/o bajo condiciones de presión extremadamente altas ya no se comporta de forma ideal. Bajo estas condiciones las leyes de los gases no se cumplen
Ley
de Boyle
La
presión absoluta y el volumen de una masa dada de un gas confinado son
inversamente proporcional, mientras la temperatura no varíe dentro de un
sistema cerrado.
Robert Boyle (1627-1691) dedujo esta ley en 1662. La presión y el volumen de un gas ideal están inversamente relacionados: cuando uno sube el otro baja y viceversa.
La ley de Boyle se expresa matemáticamente como:
Presión X Volumen negrita = constante o PV = k
En esta ley solo existen dos variables: presión y volumen. Se asume que la temperatura del gas y el número de moléculas del gas en la jeringa no cambia.
Ejemplo
Si el gas en una jeringa está originalmente a 1 atm y el volumen es 5 mL, luego presión por volumen (PV) será igual 5 atm-mL. Si el émbolo se empuja hasta reducir el volumen de 2,5 mL, entonces la presión tendrá que aumentar hasta 2 atm, de manera de mantener constante PV.
Ley
de Charles
A
presión constante, el volumen de una dada cantidad de un gas ideal aumenta al
aumentar la temperatura.
Jacques
Alexandre Charles (1746-1823) hizo el primer vuelo en globo inflado con
hidrógeno en 1783 y formuló la ley que lleva su nombre en 1787.
La
ley de Charles se expresa matemáticamente como:
Volumen
/Temperatura = constante ó V /T =k
Cuando
se aplica la ley de Charles, se debe usar la temperatura absoluta. Para
convertir la temperatura de ºC a kelvin (K) se suma 273. Ejemplo:
20
ºC + 273= 293 K
100
ºC + 273= 373 K
Ejemplo:
Una
llanta de un vehículo se llena con 100 L (V1) de aire a 10ºC. Luego de rodar
varios kilómetros la temperatura sube a 40ºC (T2) ¿Cuánto será el volumen de
aire (V2) en la llanta?
V
2 =100 L X 313 K/ 283 )=110, 6 L
Ley
de Gay-Lussac
La
presión es directamente proporcional a la temperatura.
Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850)
La ley de Gay-Lussac se puede expresar matemáticamente como:
Presión
/ temperatura = constante ó P/T= K
Ejemplo
Si
la presión y la temperatura del aire en una jeringa están originalmente a 1,0
atm y 293 K y se coloca la jeringa en agua hirviendo, la presión aumentará a
1,27 atm, según los siguientes cálculos:
P1/T1=
P2/T ----- 1,0 atm/ 293 K= p2/ 373 k
P2= 1,0 atm X 373k / 293K = 1,27 atm
Ley
de Avogadro
El volumen es directamente proporcional de los moles de gas.
La
cantidad de gas se mide en moles (el símbolo estándar para moles es n). El
volumen de un gas es directamente proporcional al número de moléculas presente,
es decir, el número de moles de gas.
La
ley de Avogadro se expresa matemáticamente como: volumen / moles= constante
Ejemplo
Un
ejemplo simple de la ley de Avogadro es cuando inflamos un globo. A medida que
el globo se va inflando entra más moléculas de dióxido de carbono y el volumen
va aumentando. La temperatura y la presión se mantienen constantes.
Tabla comparativa de las leyes de los gases
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