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domingo, 5 de junio de 2016

Unidad 4 : Temperatura y Calor

Calor


El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.
Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. 


Temperatura

Es una magnitud física que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud está vinculada a la noción de frio (menor temperatura) y caliente (mayor temperatura).
La temperatura está relacionada con la energía interior de los sistemas termodinámicos, de acuerdo alal movimiento de sus partículas, y cuantifica la actividad de las moléculas de la materia: a mayor energía sensible, más temperatura.
La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir).

Diferencias entre calor y temperatura

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.
Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.
El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.
La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin embargo, el calor sí es energía.


Medición de temperatura


La temperatura de un cuerpo produce diversas manifestaciones en el que guardan estrecha relación con el valor de esta. Determinando las magnitudes de estas manifestaciones con algún instrumento de medición podemos conocer de manera indirecta el valor de la temperatura del cuerpo. Este instrumento se llama termómetro.


Termometros 

Los termómetros deben estar en la zona de medición el tiempo necesario para que alcancen el valor de la temperatura a medir y su influencia en el medio debe ser lo suficiente pequeña para que no cambien de manera notable esta temperatura.


es el tipo alcohol. Este esta formado por un tubo de vidrio y se conecta en su extremo inferior con una burbuja de
vidrio soplado rellena de alcohol normalmente de color rojo. Esta pequeña parte hace la función de depósito.
La pieza se encuentra herméticamente sellada, de esta manera se preservara un cierto grado de vació dentro del
tubo de cristal también llamado capilar. Dentro de la pieza nos encontramos también con pequeñas bolitas de plomo
que se encuentran sujetas a manera de lastre entre la cera.


Tipos de termómetros



El termómetro de gas (a volumen o a presión constantes):

Es un termómetro primario ligado a la escala de temperaturas absolutas.

El sistema se llena, a presión, con un gas inerte, ordinariamente el nitrógeno. Como el gas del elemento medidor y del tubo de conexión no está a la temperatura del bulbo, el volumen de éste tiene que ser grande para que los errores introducidos por la diferencia de temperatura del elemento medidor de la presión y del tubo capilar resulten insignificantes. El bulbo debe tener por lo menos cuarenta veces el volumen del resto del sistema. Por ello, y a causa del retardo en la transmisión de los cambios de presión por el tubo capilar, la longitud de éste se limita a un máximo de 60 m, y es preferible mucho menos.


Las dos variables del termómetro de gas


 

Termómetro Óptico:

Dispositivo de medida de la temperatura en el que las propiedades de transmisión y reflexión de la luz visible dependen de la temperatura y cuya detección se puede relacionar con la temperatura tisular, es decir, de los tejidos de los organismos. El termómetro óptico permite visualizar la temperatura en una pequeña pantalla de forma digital. 

Termómetro Biometálico:

Los termómetros bimetálicos están constituidos por un tubo de acero inoxidable en cuyo interior está colocada una espiral helicoidal bimetálica. Dicha espiral está soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de transmisión, a su vez conectada a una aguja indicadora. 
Las variaciones de temperatura causan en el bimetal una deformación que, mediante la rotación de la varilla, se transmite a la aguja indicadora situada en la esfera. 
El uso de los termómetros bimetálicos pueden ser en la industria alimentaria,conservación, farmacéutica, química, petroquímica etc. 
Diseñados para resistir las condiciones de trabajo mas favorables determinadas por la agresividad del fluido de proceso y del ambiente.

Termómetro clínico:

Un termómetro clínico, también llamado termómetro médico, es un instrumento de medición cuya función principal es medir la temperatura corporal y averiguar si el paciente tiene fiebre. Por lo general, los termómetros clínicos miden un rango de temperaturas comprendido entre 35 y 40°C, ya que temperatura humana normal está en el rango de 35 a 37°C, existiendo fiebre a partir de 37,7°C en adultos o 38°C en lactantes.

Los termómetros clínicos pueden ser de dos clases:

Termómetros clínicos de mercurio: consisten en un tubo de cristal que contiene un pequeño depósito de mercurio en su parte inferior que al contacto con el cuerpo se dilata por efecto del calor corporal, ocupando parte de dicho tubo de cristal en el que señala la temperatura del paciente, gracias a la graduación que tiene marcada. Actualmente están en desuso debido a que contaminan el medio ambiente cuando se desechan. Existen modelos similares que utilizan otros líquidos termométricos, como el alcohol.

Termómetros clínicos digitales: miden la temperatura a través de algún dispositivo transductor, convirtiendo las pequeñas variaciones de tensión obtenidas en números mediante circuitos electrónicos y mostrando finalmente la temperatura medida en una pantalla digital. Algunos modelos usan radiación infrarroja para medir la temperatura en puntos como la frente o a través del conducto auditivo.

Termómetro de máximos y mínimos:

El termómetro de mínimo y máximo mide la temperatura mínima y la máxima en un período deseado de tiempo. Este tipo de termómetro consiste de un tubo de vidrio en forma de U lleno con un líquido. La mitad superior del tubo que registra la temperatura mínima contiene alcohol; la mitad superior del tubo que registra la temperatura máxima contiene una aspiradora o vapor de alcohol a baja presión. A medida que el alcohol se expande como respuesta a los cambios de temperatura, flotadores a ambos lados del termómetro registrar la temperatura máxima y la mínima.


Termómetro de alcohol:

El termómetro de alcohol fue Descubierto por el físico alemán Gabriel Fahrenheit. El mas utilizado en el acuarismo
2:53 p.m.
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martes, 1 de marzo de 2016

UNIDAD 3 :PRINCIPIO DE ARQUIMEDES



(PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES)

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:
  1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
  2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
arquimedes_1.gif (4544 bytes)
Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.
Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.
De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple
Empuje=peso=rf·gV
El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf  por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.
Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje.
Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje

arquimedes_2.gif (2179 bytes)
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto.En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.





En ese tiempo, Arquímedes era un sabio muy  respetado y llego a ser consejero del rey. Este se mandó a hacer una corona de oro, pero desconfió del herrero que le hizo el trabajo y le pidió a Arquímedes que resolviera su duda. Pasaron los días y no se encontraba respuesta, entonces el rey, furioso, le grito: ¡Si no resuelves mi duda te corto la cabeza!


Muy desanimado y triste, Arquímedes fue a su casa a darse un baño para relajarse. Pensado en que iba a morir, observo el agua de la tina y se sumergió de nuevo, observando el mismo fenómeno. Luego introdujo varios objetos al agua, cada objeto que introducía flotaba o se sumergía por completo cambiando el nivel del agua de la tina.

¡Eureka!, dijo con alegría, y salió corriendo por toda Siracusa para llegar al palacio real. Una vez ahí utilizo sus observaciones para resolver la duda del rey.

El PRINCIPIO DE BERNOULLI

TEOREMA DE  DANIEL BERNOULLI

El teorema de Bernoulli es también conocido como el teorema de trabajo-energía en los fluidos.

"En un líquido estacionario, la suma de las energías cinéticas, potencial y de presión en la misma en cualquier parte del fluido"

En dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1737) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. Considera que en una tubería que posee una elevación, la presión es menor en la parte más alta.

  1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

  2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

  3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

La siguiente ecuación conocida como “Ecuación de Bernoulli” (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.

<br /><br /><br /><br /><br /> \frac{V^2 \rho}{2}+{P}+{\rho g z}=constante<br /><br /><br /><br /><br />

donde:

  • V = velocidad del fluido en la sección considerada.

  • \rho = densidad del fluido.

  • P = presión a lo largo de la línea de corriente.

  • g = aceleración gravitatoria

  • z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

  • Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona ‘no viscosa’ del fluido.

  • Caudal constante

  • Flujo incompresible, donde ρ es constante.

  • La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo rotacional

Aunque el nombre de la ecuación se debe a Bernoulli, la forma arriba expuesta fue presentada en primer lugar por Leonhard Euler.

Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubería.

Cada uno de los términos de esta ecuación tiene unidades de longitud, y a la vez representan formas distintas de energía; en hidráulica es común expresar la energía en términos de longitud, y se habla de altura o cabezal, esta última traducción del inglés head. Así en la ecuación de Bernoulli los términos suelen llamarse alturas o cabezales de velocidad, de presión y cabezal hidráulico, del inglés hydraulic head; el término z se suele agrupar con P/\gamma (donde \gamma = \rho g ) para dar lugar a la llamada altura piezométrica o también carga piezométrica.[editar]Características y consecuencia

También podemos reescribir este principio en forma de suma de presiones multiplicando toda la ecuación por \gamma, de esta forma el término relativo a la velocidad se llamará presión dinámica, los términos de presión y altura se agrupan en la presión estática.

\underbrace{\frac{\rho V^2}{2}}_{\mbox{presión dinámica}}+\overbrace{P+ \gamma z}^{\mbox{presión estática}}=constante

o escrita de otra manera más sencilla:

q+p=p_0

donde

  • q=\frac{\rho V^2}{2}

  • p=P+ \gamma z

  • p_0 es una constante-

Igualmente podemos escribir la misma ecuación como la suma de la energía cinética, la energía de flujo y la energía potencial gravitatoria por unidad de masa:

\overbrace{\frac{{V}^2}{2}}^{\mbox{energía cinética}}+\underbrace{\frac{P}{\rho}}_{\mbox{energía de flujo}}+\overbrace{g z}^{\mbox{energía potencial}} = constante

APLICACIÓN DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI

Tiene varias aplicaciones en todo lo que es movimiento de fluidos especialmente en tuberías/cañerías. 

Permite calcular las velocidades y presiones en distintos tramos, pero además sirve para evaluar las pérdidas de presión, y simular la distribución de caudales (gastos, flujos, en litros /s, m³/s, o por hora, etc.) en cañerías y sistemas hidráulicos con diferencia de diámetros, alturas, distintas obstrucciones al paso del fluido (líquido o gaseoso, o sea neumáticos también). 


Una evaluación que suele hacerse es evaluar la fuerza de sustentación sobre las alas de un avión. Se basa en despreciar la diferencia de alturas geométrica entre las caras superior e inferior del ala, pero considerando la diferencia de velocidades y la superficie alar. 

Otra aplicación es el tubo Venturi, que sirve para medir caudales y velocidades de fluidos en cañerías por diferencia de presiones entre dos puntos en uno de los cuales hay una restricción a la circulación. 
teorema de torricelli
La velocidad del chorro que sale por un único agujero en un recipiente es directamente proporcional a la raíz cuadrada de dos veces el valor de la aceleración de la gravedad multiplicada por la altura a la que se encuentra el nivel del fluido a partir del agujero.
Matemáticamente se tiene:
v = raíz cuadrada ((2 * g) * (h))
Ejemplo de aplicación del teorema de Torricelli (vaciado de un recipiente):
Un depósito cilíndrico, de sección S1 tiene un orificio muy pequeño en el fondo de sección S2 mucho más pequeña que S1 :
Aplicamos el teorema de Bernoulli suponiendo que la velocidad del fluido en la sección mayor ,
 
Aplicamos el teorema de Bernoulli suponiendo que la velocidad del fluido en la sección s1 es despreciable, v1 es más o menos 0 comparada con la velocidad del fluido v2 en la sección menor s2.
Por otra parte , el elemento de fluido delimitado por las secciones S1 y S2 esta en contacto con el aire a la misma presión, luego p1=p2=p0.
Finalmente, la diferencia entre alturas y1- y2 = H. siendo H la altura de la columna del fluido.
La ecuación de Bernoulli: 
Con los datos del problema se escribirá de una forma más simple: 
5:00 p.m.
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