DILATACION LINEAL,SUPERFICIAL Y CUBICA.

 

El aumento de temperatura acompaña a un aumento en las dimensiones del cuerpo, y viceversa al disminuir la temperatura; a su vez dependiendo de la forma del cuerpo la dilatación se la clasifica en:

Dilatación Lineal

En un sólido las dimensiones son tres, pero si predomina sólo el largo sobre el ancho y el espesor o altura, como ser una varilla o un alambre, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento en la longitud y no así en el ancho y espesor llamada dilatación lineal. Se ha demostrado en un laboratorio de Física al utilizar varillas de igual longitud y de distintas sustancias (hierro, aluminio, cobre) que el incremento en su largo (ΔL) es diferente, dependiendo así de la naturaleza del material.

El Coeficiente de dilatación lineal (α) es el cociente entre la variación de longitud (ΔL) de una varilla y el producto de su longitud inicial (Li) por la variación de la temperatura (ΔT)

α = ΔL / Li . ΔT y se mide en (1/ºC)

En donde el incremento o variación de la longitud (ΔL) será la diferencia entre la longitud final (Lf) y la longitud inicial (Li) de la varilla:

ΔL = Lf - Li para poder restar ambas longitudes deberán estar expresadas en la misma unidad de medida.

• De la definición del coeficiente de dilatación podemos despejar ΔL

ΔL = α . Li . ΔT y como ΔL = Lf - Li

reemplazamos ΔL Lf - Li = α . Li . ΔT si despejamos la longitud final nos queda: Lf = α . Li . ΔT - Li

sacamos factor común longitud inicial para no tenerla dos veces en la fórmula Lf = Li .(1 + α . ΔT) y esta es la fórmula para calcular la longitud final (Lf) de una varilla cualquiera.

Dilatación Superficial

Ahora en un sólido, cuando las dimensiones predominantes son el largo y el ancho sobre el espesor o altura, como ser una chapa o una lámina, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento o variación en la superficie (ΔS) y no así en el espesor llamada dilatación superficial. Para calcular la superficie final (Sf) de un sólido plano, la fórmula será:

Sf = Si .(1 + β . ΔT)

El coeficiente de dilatación superficial ( β ) resultará de ser el doble del valor del coeficiente de dilatación lineal (α) para cada una de las sustancias, porque al tratarse de dos dimensiones largo y ancho, el cálculo es:

β = 2 . α

Dilatación Cúbica

En los sólidos, cuando predominan sus tres dimensiones como el largo, ancho y altura, siendo un prisma, una esfera, un cubo, etc, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento o variación en el volumen (ΔV) se denomina dilatación cúbica o volumétrica. Para calcular el volumen final (Vf) en un sólido la fórmula será:

Vf = Vi .(1 + γ . ΔT)

El coeficiente de dilatación cúbica ( γ ) resulta al ser el triple del valor del coeficiente de dilatación lineal (α) para cada una de las sustancias, porque al tratarse de tres dimensiones largo, ancho y altura, el cálculo es:

γ = 3 . α

 

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ley de los gases

TEORIA GENERAL DEL ESTADO GASEOSO

 

LEY DE BOYLE:

 

Ley de Boyle: a una temperatura constante ypara una masa dada de un gas, el volumendel gas varìa de manera inversamenteproporcional a la presiòn absoluta querecibe. Lo anterior quiere decir que cuando ungas ocupa un volumen de un litro a unaatmòsfera de presiòn, si la presiòn aumenta a 2atmòsferas, el volumen ahora serà de mediolitro. Como se ve en la figura siguiente:

(a) (b) Volumen = 1 litro Volumen = 0.5 litros. P1V1 = P2V2Demostraciòn de la Ley de Boyle: al aumentar la presiòn,disminuye el volumen de un gas

Por lo tanto, esta ley tambièn significa quela presiòn (P) multiplicada por el volumen(V), es igual a una constante (k), para unadeterminada masa de un gas a unatemperatura constante. De donde la Leyde Boyle se expresa matemàticamente dela siguiente manera:PV = k.

 
 
FORMULA:
 
P1*V1=P2*V2
 
QUE DERIVA 4 FORMULAS
 

•  p1=p2*v2/v1
• p2=p1*v1/v2
• v1=p2*v2/p1
• v2=p1*v1/p2

EJEMPLO:
Un gas que ocupa un volumen de 650 cm cubico a una precion de 2 atmsferas ¿cual sera su volumen si la presion recibida aumenta a 3.5 atmosferas?
DATOS:                                         v2=p1*v1/p2
p1=2 atm.
v1=650 cm cubicos                        v2=(1520)*(650) / 2660
p2=3.5 atm.
v2=371.42                                       v2=371.42 cm cubicos
 
 
LEY DE CHARLES
A una presion constante para una masa o un gas el volumen varia de manera directamente proporconal a su temperatura absoluta.
FORMULA:
v1 / t1=v2 / t2
EJEMPLO:
Se tiene un gas que ocupa un volumen de 50cm cubicos a una temperatura de 18°C y a una presion de 690mm de mercurio ¿que volumen ocupara si la temperatura aumenta a 24°C?
DATOS:                                        v2=v1*t2 / t1
v2=51.03
v1=50 cm cubicos                         v2=(50cm3) (297.15) / 291.15° K
t1=18°C - 291.15°k
t2=24°C - 297.15°k                       v2=51.03
 
 
 
LEY DE GAY-LUSSAC
A un volumen constante y para una masa determinada de un gas la presion absoluta que recibe el gas es directamente proporional a su temperatura absoluta.
FORMULA:
p1 / t1=p2 / t2
EJEMPLO:
Una masa de gas recibe una presion asoluta de 2.3 atm. su temperatura es e 33°C y ocupa un volumen de 850cm3, si el volumen del gas permanece constante y su temperetura aumenta a 75°C ¿cual sera la presion absoluta?
DATOS:                                    p2=p1*t2 / t1
p1=2.3
t1=33°C-306.15                        p2=(2.3atm) (348.15°k) / 306.15°k
v1=850cm3
t2=75°C- 348.15                       p2=2.61atm
p2=2.61
 

LEY GENERAL DEL ESTADO GASEOSO

La dilatación de los sólidos y de líquidos no se hizo mención del efecto de la presión sobre ellos debido a que en ese tema se considero despreciable, no así en el calentamiento de gases, ya que una variación en la presión origina cambios considerables en la temperatura y en el volumen; por ejemplo en los tanques de gas butano que usan en la casa, en los tanques de acetileno usados en los talleres para soldar, los tanques de oxigeno, etc.
EJEMPLO:
 Determinar el volumen de un gas que se encuentra a una presion de 970ml de mercurio y a una temperatura absoluta de 57°C, si al encontrarse a una presion de 840ml de mercurio y a una temperatura de 26°C su volumen es de 0.5lts. encuentra el volumen
DATOS:                                        v1=p2*v2*t1 / t2*p1
p1=970mm
t1=57°C - 330.15°k                       v1=(840)(0.5)(330.15) / (299.15)(970)
p2=840m
t2=26°C - 299.15°k                       v1=13,8663 / 290,175.5
v2=0.5lt
v1=                                                v1=0.47

 

TRANSMICION DE CALOR

TRANSFERENCIA DE CALOR

 

 

 

Transferencia de calor, en física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.



 

EXISTEN TRES TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

 

• CONDUCCION
• CONVECCION
• RADIACION



CONDUCCIÓN

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de  conducción de calor a través de un cuerpo por unidad

 

convección

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

radiación

La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor.
No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita.
Por radiación nos llega toda la energía del Sol. Al llegar a la Tierra empieza un complicado ciclo de transformaciones: la captan las plantas y luego la consumimos nosotros, el agua se evapora, el aire se mueve....
La energía radiante del Sol se transmite a través del espacio vacío en forma de radiación que viaja a la velocidad de la luz . Entre las diferentes ondas que la componen hay radiación visible, ultravioleta, infrarroja etc. La ultravioleta es tan energética que puede ionizar la materia, pero la radiación infrarroja interfiere con los electrones de los átomos promocionándolos a un nivel superior y produce la agitación de los átomos y de las moléculas que se traduce en calor.
En los hornos microondas la energía generada para que vibren las moléculas de la sustancia que se calienta la transmiten ondas con una frecuencia inferior a las del infrarrojo.