Temperatura y Calor: Escalas termométricas y Equivalencias entre ellas.

La temperatura, se puede medir de muchas formas (de acuerdo a que tipo de termñometro utilice) pero también, las unidades que midan esta, puede variar. Existen diferentes tipos de unidades para medir la temperatura y claro está también existe un sistema de equivalencias entre ellas.

Las escalas o unidades de medias de temperatura son:

Escala Celsius (ºc): En esta escala se define el punto de ebullicioón y congelación del agua, T=0ºc y T=100ºc respectivamente.

Escala Kelvin (K): Esta escala define el 0 absoluto y aproximadamente el punto triple del agua.

Escala Farenheit (ºF): Define el punto de congelacion de una mezcla anticongelante de agua y sal; y temperatura del cuerpo humano.

Escala Reamur (ºRe): Hacia 1730 René Felchaut de Reaumur estudio la dilatacion del termómetro de alcohol entre el hielo fundente y el agua hirviendo y descubrió que un volumen de alcohol de 1000 partes pasaba a 1080, por lo que, tomando como fijos estos dos puntos, dividio su escala en 80 partes.

Escala Rankine: Esta es otra escala que emplea el cero absoluto como punto mas bajo. En esta escala cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Farenheit. En la escala Rankine, el punto de congelacion del agua equivale a 492 ºR y su punto de ebullición a 672 ºR.


EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES DE TEMPERATURA

ºC = 5/9 (ºF-32)
ºF = 9/5 ºC + 32
K = ºC + 273.15
R(Rankine) = 9/5 K
R = 9/5 ºC + 491.67
R = ºF + 459.67
ºC = 1.25 * ºRe(reaumur)
K = 1.25 * ºRe + 273.15

Temperatura y Calor: Termómetros y clasificación.

La temperatura y la cantidad de calor, pueden ser medibles. Ahora bien, el instrumento para la medición de éstos es el termómetro.
Los primeros termómetros se basaron en el principio de dilatación; por esta razón se utilizaron (y se han seguido utilizando)materiales con altos coeficientes de dilatación, para que el fenómeno (el de dilatación) sea mas visible.

Los termómetros son instrumentos de suma importancia, utilizados en el campo de la medicina, de la aeronautica y en industrias como la metalurgica; los termómetros tambien son muy importantes para el monitoreo de alimentos e indispensables para dispositivos electronicos de vigilancia.

Ahora bien, poseen funcionalidades muy similares, pero el procedimiento para llegar a cada resultado puede ser diferente. Los diferentes métodos utilizados para los diferentes tipos de termómetro son:

Termómetro de Gas a Volumen constante: Este tipo de termómetro es muy exacto y tiene un amplio margen de aplicacion (desde -27ºc - 1477ºc), pero es mucho mas complicado de utilizar por lo que se utiliza como un instrumento normativo para la graduacion de otros tipos de termómetros.
Este termómetro se compone de una ampolla con gas, que puede ser helio, hidrogeno o nitrogeno (segun sea la gama de temperatura que se busca) y un manómetro que mida la presión.
Se pone la ampolla de gas en el ambiente, cuya temperatura hay q medir, y se ajusta la columna de mercurio (manómetro) que está en conexion con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas contenido en la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas y a partir de los desniveles de h, se puede medir la temperatura

TERMÓMETRO DE GAS A VOLUMEN CONSTANTE






















Termómetro de Mercurio: Este tipo de termómetro se utiliza para tomar las temperaturas del ambiente o entorno exterior. Un termómetro de mercurio esta formado por un capilar de vidrio que se comunica con una ampolla llena de mecurio; al aumentar la temperatura el mercurio se dilata y asciende por el capilar. Una escala ya está estandarizada para la dilatación del mercurio por el capilar, nos permite leer directamente el valor de la temperatura.

La UNION EUROPEA ha prohibido la creacion de termómetros de mercurio por su alta toxicidad, y se enmarca dentro del plan para reducir el uso del mercurio en europa, un metal que es altamente contaminante y dañino para la salud.

TERMÓMETRO DE MERCURIO

Termómetro d Gas a Presión Constante: El funcionamiento de este tipo de termómetro empieza introduciendo el termómetro en un sitema cuya temperatura se desea medir. En este tipo de termómetro, la propiedad termométrica es el volumen ocupado por el gas, manteniedo su presión (la del gas) constante.
El cientifico Gay-Lussac experimento medidas de volumen ocupado por el gas cuando el sistema analizado era hielo (T=0ºc) y cuando el sistema era agua caliente (T=100ºc), de ahí comprobo que independientemente de la cantidad de ga sintroducida, la relación entre los volúmenes cambiaba muy poco de acuerdo a con que tipo de gas trabajáramos.
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¿Cómo varía la velocidad del sonido en el medio?

Como se ha venido realizando a lo largo de todas las actividades, para afianzar nuestro entendimiento acerca del tema, se hace necesario definir ciertos términos que son indispensables para realizar la actividad.

Primero que todo, debemos definir el Sonido, como unas variaciones en la presion del aire, que son captadas por el oido humano y descifradas en el cerebro del mismo. Esta variaciones en la presión son las conocidas ondas sonoras que hacen de la gran diversidad de ondas mecánicas.

Ahora bien, la velocidad del sonido es, (deduciendo de los conceptos anteriores) la capacidad de propagacion de la onda sonora en un medio.
La percepcion de estas ondas sonoras pueden variar dependiendo de los casos que ya se han estudiado debido al Efecto Doppler. Sin embargo, el medio realiza un papel fundamental a la hora de la propagacion de la onda.

La propagacion del sonido puede verse afectada por los cambios de temperatura en el medio:

1. Cuando en el medio se presentan altas temperaturas, aumenta la frecuencia con la cual se producen las interacciones entre las particulas que transportan la vibracion, esto quiere decir que si se aumentan estas interacciones de transporte de vibracion, el sonido viajará a una velocidad mayor. En conclusión, el aumento de la temperatura en el medio (donde se propage) aumenta consigo la velocidad del sonido en ese medio.

2. Por otra parte, en el caso contrario, cuando en el medio se presentan grados bajos de temperatura, se produce el fenomeno inverso lo que implica una disminucion en las interacciones de las particulas que transportan la vibracion y por ende una disminucion en la velocidad.

Cuando el medio en donde se quiere transportar el sonido es el vacio, se hace imposible este fenomeno debido a que en el medio no existen atomos en los cuales se puedan transmitir estos estimulos de vibracion.

Ahora bien, por otra parte, las ondas sonoras tambien poseen la capacidad de transportarse a través de medios Solidos, Liquidos y Gases.

* La velocidad del sonido en los gases está dada por:

v=((γRT)/M)½

en donde γ=coeficiente de dilatación adiabatica
R= constante universal de los gases
T= temperatura en grados Kelvin
M= masa molar del gas.

* La velocidad del Sonido en los sólidos está dada por:

v=(E/ρ)½

en donde E=módulo de Young
ρ=densidad del material.

* La velocidad del Sonido en los líquidos está dada por:

v=(K/ρ)½

en donde K=módulo de compresibilidad del liquido
ρ=densidad del liquido.

En general, podríamos decir, que la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y al mismo tiempo, en los líquidos es mayor que en los gases; esto se debe a que la velocidad de propagacion del sonido esta dada por la interacción de atomos que transportan la vibración, y es claro que en los sólidos se presenta una menor distancia entre los átomos, lo cual facilita el transporte de estos estimulos vibracionales.

Modulos de Elasticidad

A continuación, hablaremos de los diferentes módulos de elasticidad, mencionados en clase. Es claro para nosotros, que estos módulos de elasticidad, son indispensables, para realizar el estudio de como se propaga la onda en diferentes medios.
Los módulos son los siguientes:

1. Módulo de Young: El módulo de Young (estudiado por el cientifico ingles Thomas Young), representa el comportamiento elástico de los materiales, según la dirección en la que se le aplica fuerza. Este módulo de Young, es posible identificarlo en una gráfica de esfuerzo contra deformación, en ensayos de tensión. El módulo de young se define como:

My = σ/Є

en donde,
σ= define el esfuerzo
Є= define la deformación, que al mismo tiempo tambien es identificado como el cambio en la longuitud.

2. Módulo de Corte: Este tipo de módulo, coincide en el anterior en que se tiene en cuenta la deformación del material. Por otra parte, la forma en que se le aplica el esfuerzo al material probado es diferente. Este módulo define características indispensables para la selección de material, tales como la resistencia al corte y el rayado. Ahora bien, el módulo de corte se define como:

Mc = Tensión de corte / deformación.

3. Módulo Volumétrico: Este ultimo tipo de módulo, es característico en los fluidos (sustancias líquidas y gases) y esta definido como el cambio del volumen de un fluido al aplicarle un presión. Los materiales duros o semiduros también poseen módulos volumétricos en los que se mide el esfuerzo de compresión (resistencia o capacidad a ser comprimidos).
El módulo volumétrico se puede medir como:

B = -p/ΔV

en donde,
p= es la presion aplicada al fluido
ΔV= representa el cambio del volumen a una presión específica.
Ahora bien, el signo negativo (-) representa el efecto de la presión sobre el volumen. El volumen tenderá a reducirse (por causa de la presion).

Actividad 3: Instrumentos para la Medicion de la Presión: Manómetro y Barómetro

La presión, sin duda alguna es una de las fuerzas que más influye en nuestra cotidianidad. El bienestar del ser humano, depende de muchos factores que varían según donde se encuentre; uno de estos factores y seguramente uno de los más importantes es la Presión.

Ahora bien, ¿Como se mide la Presión de un lugar?. La respuesta a esta pregunta presupone que deben existir medidas de referencia para poder medir la Presión en donde nos encontremos; esta medida de referencia, por nuestra condición de ser vivo existente dentro de una gran masa de aire, es de 1 atm en condiciones normales y sobre el nivel del mar.

Por otra parte, existen instrumentos para la medición de estos valores de presión. A continuación definiremos con mayor claridad el funcionamiento de cada uno de ellos:

• Barómetro: Instrumento utilizado para medir presiones a nivel del mar y alturas próxima a este, mide la llamada Presión Atmosférica o Barométrica. Este método de medición se realiza al aire libre. Este consiste en el sostenimiento de una columna de mercurio de aprox (hablando en condiciones climáticas normales) 760 mm por parte de la Presión atmosférica.

• Manómetro: Instrumento utilizado para medir las presiones que en algunos casos se pueden considerar elevadas. El manómetro tiene aplicaciones industriales de gran importancia, de las cuales una de estas, es la medición de la presión de fluidos en recipientes totalmente cerrados. A diferencia del barómetro, el manómetro utiliza tubos en forma de U que contienen, como en el Barómetro, el mercurio para la medición. El tubo se conecta directamente al recipiente en donde se encuentra el fluido (se conecta en la rama inferior del tubo). Esta presión se determina por la diferencia de h, también llamado desnivel o ∆h (si tomamos como h0).

P= ρ.g.h (densidad,gravedad,altura).

Existen muchos tipos de manómetros, y para cada uno de estos, existe un rango de operación. Por ejemplo el Manómetro de U, trabaja de 0 a 2 Kg/cm2 ; el Manómetro de espiral trabaja entre 0 a 300 Kg/cm2.

Aplicacion Medica: Tensión Arterial
Tensiómetro o Baumanómetro
El funcionamiento de este Manómetro es simple; se comprime externamente a la arteria (conducto por donde se transporta la sangre oxigenada) con la finalidad de concluir, que la presión necesaria para obstruir ese conducto, es la misma presión que ejerce el fluido, en este caso, la sangre.

¿Que significa tener la Presión Alta?
Para responder a esta pregunta, primero debemos ubicarnos en el contexto donde está ocurriendo el suceso. De igual forma, cuando hablamos de presión alta, estamos hablando de presiones manométricas, por lo tanto la presion alta, a mi modo de ver y desde todo punto de vista, es el grado de desnivel de la h o ∆h que existe entre la columna de mercurio entre las ramas del que esta compuesta el tubo en forma de U.

Aplicacion del Principio de Pascal

Este principio ha sido de gran ayuda para el estudio de los fluidos.
Una de las aplicaciones modernas de este principio, son los Frenos Hidráulicos.
Estos frenos hidraulicos consisten en la transmision de la presion ejercida por los pedales, a traves de un fluido (por lo general liquido, Liquido de freno) dirigido por un conducto hasta el patin de freno, quien se encarga (al expanderse) de oponer resistencia al movimiento de la llanta, produciendo asi la desaceleracion del vehiculo.

A continuacion, veremos una pequeña animacion de lo que sucede en los vehiculos:
El formato que se mostrará a continuación(.php y .swf), no se puede convertir a cualquiera de los formatos para visualizar directamente en el blog, por esta razón tendremos que dirigirnos a las paginas en donde se muestra las animaciones.

Aplicacion de la Presión en los frenos hidraulicos.

Razonamiento y Repercusiones en el movimiento de la llanta.

Actividad 1 : Caracteristicas de los Fluidos

Anteriormente, habíamos comentado acerca de algunas de las características que eran propias de los líquidos y gases. A continuación haremos repaso y explicaremos de forma más específica cada una de estas propiedades.


Capacidad de Compresión: Lo primero que podríamos decir, es que esta capacidad de compresión, se puede medir por el esfuerzo de comprensión (que también es utilizado para los ensayos en materiales sólidos) y consiste en la capacidad de reducir el volumen siempre manteniendo una misma masa. En los fluidos esta capacidad de comprensión se hace aun mayor, ya que la distancia entre las moléculas de la sustancia es grande; esto quiere decir, que estas sustancias cuentan con un mayor espacio para su compresión (o reducción de volumen) que las misma sustancias sólidas. Ahora bien, cuando hablamos de fluidos, nos referimos tanto a líquidos como a gases, entonces ¿Que podemos comprimir con más facilidad, un líquido o un gas (hablando de una misma sustacia)? La respuesta a esta pregunta puede parecer obvia (por las característica de cada fase), pero es pertinente aclarar la justificación; Si tomamos como ejemplo el agua, en estado gaseoso su capacidad de compresión es mucho mayor por las siguientes razones:
Las distancias intermoleculares son mucho mayores a las del agua liquida.
Las fuerzas de repulsión que existen entre sus electrones de valencia son mucho menores que las del agua liquida.

Sin embargo el agua liquida si se puede comprimir, aplicándole una presión mayor. Ahora bien, existen muchos métodos para la compresión de los fluidos. Estos métodos son utilizados para comprimir diferentes cantidades de fluidos a diferentes presiones. Compresor Reciprocante - Presiones hasta de 413 MPa. (gases) Compresores Rotatorios - Presiones hasta de 100 kPa. (gases) Compresores de flujo axial - Presiones hasta de 3,4 MPa. (gases y algunos líquidos). Por ultimo, la compresión de los gases se puede expresar como:

k (compresibilidad) = 1/B (módulo de volumen).

siendo, B= - ∆p/ ∆V/Vo

∆p: Cambio en la presión

∆V: Cambio en el volumen

Vo: Volumen inicial.


Distancias Intraatómicas: Hablando de fluidos, podríamos decir que, en general, poseen distancias intermoleculares grandes. Ahora bien, existe una gran diferencia entre estas distancias cuando nos referimos a un líquido o a un gas. Un gas promedio posee distancias intermoleculares de hasta 10 o más veces el tamaño de la misma molécula, mientras que los líquidos poseen distancias intermoleculares casi del mismo tamaño de la molécula.

Fuerzas de Van der Waals: Como ya se había mencionado en este mismo articulo, los fluidos son el resultado de estas fuerzas que a pesar de mantener a todos los átomos unidos son las mas débiles de todas (No covalentes). En este tipo de enlace, (para todos los fluidos) actúan dos tipos de fuerzas: Las fuerzas de dispersión o atracción y las fuerzas de repulsión. La energía de estos enlaces es muy baja, de 1 a 2 kCal/Mol. Ahora bien, la diferencia que radica entre líquidos y gases en esta característica, es que en los líquidos las fuerzas de dispersión o atracción son mucho mayores que en los gases.

Capacidad de tomar la forma del recipiente que los contiene: Como se había mencionado anteriormente, los fluidos poseen una característica en común y es lo distanciado en que se encuentran sus moléculas. A pesar de su distancia, todavía en el fluido siguen actuando fuerzas de atracción que no dejan por fuera a ninguna de estas moléculas. Asi mismo, cuando se somete un fluido (liquido o gaseoso) dentro de cualquier recipiente, esta sustancia "fluirá" sobre las paredes de donde se encuentre con gran facilidad.

Actividad Opcional

Explique por que puede dejar de funcionar, de forma correcta, la bateria de un automovil. ¿Por que el medidor puede dejar de marcar bien?

Los automoviles, son en gran parte, un sistema cerrado que trabaja con fluidos maniobrados por bujias, valvulas entre otros elementos internos. De igual forma, los automoviles poseen conductos que deben trabajar en condiciones cerradas para poder mantener la Presion interna y por consiguiente el buen funcionamiento de cada una de las partes (del carro) que requiera esta presion.

Entre estos funcionamientos tenemos:

1. La bateria del carro posee fluidos (liquidos) que al entrar en contacto con este sistema electrico acompañado de altas temperaturas son convertidos en gases corrosivos dañinos para el ser humano. La presion de los fluidos de la bateria, nos proporciona un optimo encendido y ademas un muy buen arranque (mas aun cuando el auto ha estado apagado por mucho tiempo).

Estos problemas en la bateria ocasionan el hecho que tu carro no pueda ser prendido normalmente. El medidor de la bateria del carro puede dejar de marcar bien por estas mismas Fugas que se pueden presentar en los conductos por donde pasan todos estos fluidos.

2. En el tema de la gasolina encontramos la valvula de presion y la bomba de gasolina, quienes son las encargadas de "inyectar" en cierto modo este fluido combustible al motor.
Creo que esta de más, comentar acerca de las repercusiones que se pueden tener, si la gasolina , por medio de esta valvula y esta bomba no alcanza la presion necesaria para su funcionamiento.

Actividad 2 :Aplicacion de los principios de los Fluidos

En clases pasadas, dejamos en claro que existe un estudio de los fluidos desde dos puntos de vista o perspectivas:

Estatica de Fluidos: Estudio de los fluidos en reposo.
Dinamica de Fluidos: Estudio de los fluidos en un estado de movimiento; esto se hace con la finalidad de entender y describir logicamente la deformacion de estos fluidos.

Ahora bien, hasta el momento, en nuestra clase de "Física Calor Ondas", hemos interiorizado los conceptos y principios que constituyen la Estatica de Fluidos.
A continuacion definiremos de forma abreviada estos principios o fundamentos referentes a esta parte del estudio de los fluidos:

Principio de Pascal
En pocas palabras y teniendo en cuenta la explicacion dada en clase, podríamos decir que "la energia emitida por un cuerpo externo a un sistema de fluido en REPOSO, se transmite a todas las partes de este fluido".

Principio de Arquímedes
Todo cuerpo parcial o totalmentes sumergido, experimenta una fuerza de flotamiento originada por todas las fuerzas que ejerce el fluido sobre el objeto. Esta fuerza de flotamiento es numéricamente equivalente, al peso del fluido desplazado por este cuerpo.

Caracteristicas comunes Liquidos y Gases.

Entre las caracteristicas comunes entre liquidos y gases podemos enunciar:

1. Su capacidad de Amoldamiento al recipiento donde se encuentra.
2. Los enlaces atomicos son debiles.
3. Las dos poseen la capacidad de servir como combustibles.
4. La distancia interatomica es mayor en comparacion a la de un solido.
5. Su capacidad de compresion es mayor a la de un solido.