BACHILLERES UGM DE ORIZABA
Bachillerato General
Física II
Alumno: ________________________
Semestre: ______ Grupo: __________
____________________________________
DEPTO. PSICOPEDAGOGICO
BACHILLERES UGM DE ORIZABA
FISICA II
M.C. ING. ENRIQUE HERNANDEZ CASTRO
BLOQUE II DIFERENCIAS ENTRE CALOR Y TEMPERATURA
2.1 DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA
TEMPERATURA Y CALOR
Cuando se toca una taza caliente, la energía térmica penetra en la mano por que la taza está más caliente que la mano. En cambio, cuando se toca un trozo de hielo la energía térmica pasa de la mano al hielo, que es más frío. En tales, circunstancias, la dirección de la transferencia de energía es siempre de un cuerpo caliente a uno vecino más frío. La cantidad que expresa que tan caliente o que tan frío es algo con respecto de un cuerpo se denomina temperatura.
La temperatura y el calor están ligados, pero no son lo mismo.
La temperatura de una sustancia es una medida de la energía cinética media de sus moléculas.
El calor de una sustancia es la suma de la energía cinética de todas las moléculas.
Por lo común se dice que un cuerpo contiene calor. El calor fluye mientras que la energía térmica puede no hacerlo. Una vez que se transfiere calor a un cuerpo o sustancia, deja de ser calor y se convierte en energía térmica.
En el caso de cuerpos o sustancias en contacto térmico, el calor fluye de la sustancia de mayor temperatura hacia la que se encuentra a menor temperatura, pero no necesariamente con más energía térmica hacia otra con menor energía térmica.
El calor nunca fluye por sí mismo de un cuerpo frío hacia uno caliente, por eso hay más energía térmica en un tazón de agua caliente que en un clavo al rojo vivo; si el clavo al rojo vivo se sumerge en el agua, el calor no fluirá del agua caliente hacia aquel, sino del clavo caliente hacia el agua relativamente más fría.
Existen diferentes sistemas y definiciones cuando se habla de calor, estos son:
Sistema termodinámico: parte del universo que se aísla por medio de una frontera bien definida, para poder someter a estudio la materia en cuestión.
Pared adiabática: es aquella que no permite que dos sistemas situados a los lados de la pared, interactúen térmicamente entre sí.
Pared diatérmica: es aquella que permite a dos sistemas, situados en lados opuestos de la pared, interactuar térmicamente.
Y existe una Ley, llamada cero, que establece que:
Dos sistemas térmicos con un tercero están en equilibrio térmico entre sí.
Podemos ahora, definir a la temperatura como:
La propiedad que determina si un sistema se encuentra o no en equilibrio térmico con otros sistemas.
2.1.1 CONCEPTO DE TEMPERATURA Y SU MEDICIÓN
Como ya hicimos la diferenciación entre calor y temperatura, podemos establecer entonces, que la temperatura es la parte medible, en cantidad, de que tan caliente o que tan frío esta un cuerpo o sustancia. Para medir la temperatura de un cuerpo o sustancia, necesitamos de aparatos calibrados especiales para dicha medición, estos aparatos se llaman termómetros y existen de diferentes tipos, así mismo existen diferentes escalas termométricas para medir la temperatura.
Actividad 1
1.- explica la diferencia entre calor y temperatura
2.- ¿con que instrumento tomarías la temperatura de una persona que parece tener fiebre?
3.- explica como fluye el calor
4.- da tres ejemplos de sistemas termodinámicos
2.1.1.1 TERMÓMETROS Y ESCALAS
Para definir a la temperatura es necesario medirla en términos de caliente o frío, para ello se utilizan aparatos que pueden determinar si un cuerpo está caliente o frío, estos aparatos se llaman termómetros. Existen diversos tipos de termómetros.
A) de tubo capilar: consta de un tubo capilar cerrado con un bulbo en la parte inferior y lleno de líquido (generalmente mercurio), que sube por el capilar al aumentar la temperatura.
B) de gas: su funcionamiento se basa en la dilatación de este al ser calentado. manteniendo constante el volumen, con base en una escala se lee su presión y de esa manera se calcula la temperatura.
C) metálico: consta de una espiral bimetálico que se curva con el calentamiento provocando un giro de la aguja que indica la temperatura.
D) pirómetro óptico: consta de un foco conectado a un circuito, en donde el observador compara, a través del tubo, el color del filamento del foco con el color del horno.
ACTIVIDAD 2
De acuerdo a las definiciones de cada tipo de termómetro, localiza en libros, láminas o páginas web, la imagen que corresponde a cada tipo y represéntalos:
Tipo Imagen Características
Tubo capilar
De gas
Metálico
Pirómetro Óptico
2.1.1.2 ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Una escala termométrica puede definirse arbitrariamente, sin embargo son tres las escalas más usadas en la actualidad:
1) Fahrenheit ( 1686 – 1736 )
2) Celsius ( 1701 – 1744 )
3) Kelvin ( 1824 – 1907 )
El primer termómetro moderno fue descrito por el vidriero holandés Daniel Fahrenheit. El secreto de Fahrenheit consistía simplemente marcar las divisiones en la escala con ayuda de puntos fijos constantes.
A) primer punto imitó la temperatura más baja del invierno de 1709 y le asigno el número 0
B) segundo punto, mezcla de agua y hielo, y la distancia entre estos dos puntos la dividió en 32 partes.
C) tercer punto: correspondía a la temperatura del cuerpo humano y le asigno el numero 98
D) cuarto punto es la ebullición del agua y le asigno el número 221 en su escala
La escala Celsius, se ideo tomando dos puntos fijos: el de la fusión del hielo (el punto en que el hielo y el agua están en equilibrio térmico) y el de la ebullición del agua (en punto en que el agua y el vapor están en equilibrio térmico), ambos a la presión de un a atmósfera. Celsius relaciono estos puntos con los números 0 y 100, y estableció 100 partes entre ellos, de ahí el nombre de grados centígrados.
Puesto que las escalas Celsius y Fahrenheit están divididas en 100 y 180 partes, respectivamente, para un mismo intervalo de valores las relacionamos como sigue: 100 ° C = 180 ° F
Simplificando la igualdad tenemos: 10 ° C = 18 ° F
Despejando 1 ° C para obtener la relación unitaria de la escala Celsius con la Fahrenheit:
1 ° C = (18/ 10) ° F es decir 1 ° C = (9/5) ° F
Fue ideada por el físico kelvin, que propuso que el cero correspondía a la temperatura del punto en que las partículas quedan en reposo completo, lo que se conoce como cero absoluto. Dicha escala se denomina kelvin o absoluta. Cero grados Celsius es igual a 273 ° k.
ACTIVIDAD 3
Investiga la biografía y aportaciones más relevantes de los creadores o inventores de las escalas termométricas:
Escala
Imagen
Biografía Inventor
Aporte
Fahrenheit
Celsius
Kevin o absoluta
Transformación entre las tres escalas
a) para convertir grados centígrados a grados Fahrenheit ºF = 32 + 1.8 x ( º C )
b) para convertir grados fahrenheit a centigrados ºC = ( º F - 32 ) / 1.8
c) para convertir grados centigrados a kelvin ºK = º C + 273
d) para convertir grados kelvin a centígrados ºC = º K - 273
Ejemplo:
1.- Convertir 150 º C a ºK
ºK = ºC + 273
ºK = 150º C + 273 = 423º K
2.- Convertir 70 º C a º F
ºF = 32 + 1.8 x ºC
ºF = 32 + 1.8 x 70º C
ºF = 158
3.- Convertir 200 ºF a º C
ºC = ( ºF – 32 ) / 1.8
ºC = ( 200 – 32 ) / 1.8
ºC = 168 / 1.8
ºC = 93.33
Actividad 3
1.- convertir los siguientes grados a la escala solicitada
a) 25 ºC a º K
b) 450 ºK a º C
c) 47 ºC a º F
d) 105 ºF a ºC
e) 500 ºK a ºF
f) 1230 ºK a ºC
g) 670 ºK a º F
a) 600 ºF a º K
2.1.2 CONCEPTO DE CALOR Y SUS UNIDADES DE MEDIDA
Si tomamos dos cuerpos a diferentes temperaturas y los colocamos en contacto aislados del medio vecino, observaremos que después de algún tiempo alcanzan una situación o condición de equilibrio térmico, caracterizado por tener ambos cuerpos la misma temperatura. Esta temperatura será intermedia entre los dos valores de las temperaturas iniciales de los dos cuerpos.
Sabemos que existe de hecho el paso de “algo” del cuerpo más caliente hacia el más frío, pero este “algo” es una forma de energía que denominamos calor. James Joule, en su famoso experimento, probo que siempre que una cantidad dada de energía mecánica se transformaba en calor, se producía la misma cantidad de calor. Este resultado estableció sin lugar a discusión la equivalencia entre la energía mecánica y el calor. El ser el calor una manifestación de la energía, obtenemos la siguiente equivalencia, 1 Joule es igual a 4.186 calorías, en donde las calorías son otra forma de medir el calor.
De acuerdo a lo anterior y considerando los resultados del experimento de Joule, podemos definir al calor como:
La energía que fluye de un objeto de temperatura elevada a otro de temperatura inferior.
Dicha energía es la energía calorífica y se representa por q. las unidades para medir la energía calorífica se obtuvieron en forma empírica, siendo las más usuales la caloría (cal) y la unidad térmica británica (BTU).
1 cal = 4.184 J y 1 BTU = 1054 J
Unidad térmica británica. Es el calor necesario para elevar la temperatura de una libra de agua de 63 a 64°F .
La equivalencia entre estas dos unidades es 1 BTU = 225 cal
ACTIVIDAD 4
Contesta las siguientes preguntas:
1.- ¿Qué es el Calor?
2.- ¿Qué demostró James Joule, en su experimento?
3.- ¿Cómo defines la energía calorífica?
4.- ¿Qué unidad se utiliza para medir la energía calorífica?
5.- ¿Qué es un BTU?
6.- Nuestro cuerpo para realizar sus funciones ¿de dónde obtiene la energía?
7.- ¿Cuántas calorías son requeridas consumir para el correcto funcionamiento de nuestras actividades diarias?
8.- Investiga y escribe una dieta (desayuno, comida y cena) que comprenda el balance adecuado entre alimentos y calorías requeridas por nuestro cuerpo
2.1.3 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Los mecanismos por los cuales un cuerpo recibe o cede calor son tres: Conducción, convección y radiación:
TRANSMISIÓN DE CALOR
a) CONDUCCIÓN
Como el calor es una energía en trasferencia de un cuerpo más caliente a otro cuerpo frío, conociendo que esta energía tiene que ver con la movilidad de las moléculas del cuerpo observado y teniendo en cuenta el ejemplo que vemos comúnmente de poner en contacto la superficie de un cuerpo caliente con la superficie de un cuerpo frío, el calor se transfiere por medio del mecanismo llamado conducción.
La conducción es el proceso de transferencia de calor por el cual partículas agitadas de la superficie de un cuerpo más caliente, al chocar con las moléculas quietas de la superficie del cuerpo más frío, permiten que estas adquieran mayor energía cinética y que las primeras disminuyan su energía.
Podemos, entonces concluir que la conducción es un:
“Proceso por el cual se transmite calor a lo largo de un cuerpo, mediante colisiones moleculares”
La conducción del calor regularmente se da en los cuerpos sólidos, es decir, el paso del calor de un cuerpo sólido a otro cuerpo sólido.
b) CONVECCION
La convección es el proceso por el cual los líquidos y gases se transfieren calor entre fluidos. Este proceso de transferencia de calor es el responsable de la formación de las corrientes de aire, de las corrientes oceánicas, del desplazamiento de los humos de una combustión por las chimeneas, de la circulación del aire en los refrigeradores y de la formación de los huracanes.
Considerando que los líquidos y gases son fluidos, su transferencia de calor es por convección y podemos definirla como:
“El proceso por el cual se transmite calor, debido al movimiento real de las masas calientes de un fluido”
c) RADIACIÓN:
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y a la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío.
Todos los cuerpos pueden radiar y absorber energía. La cantidad de energía irradiada por un cuerpo depende de su temperatura, de su naturaleza y de la forma de su superficie. A temperaturas mayores, la radiación crece.
La radiación la podemos definir como:
“Es el proceso por el cual se transmite calor, debido a la emisión continua de energía, desde la superficie de los cuerpos (esta se realiza por medio de ondas electromagnéticas)”
ACTIVIDAD 5
1.- De los siguientes fenómenos, identifica y clasifica el mecanismo de transferencia de calor
No. Evento Conducción Convección Radiación
1 Un vaso de agua con hielo
2 Una fogata
3 Una sartén en la estufa
4 Un foco
5 Un aire acondicionado
6 Un globo aerostático
7 Un pastel en el horno
8 Un mechero
9 Una vela
10 Una parrilla eléctrica
2.- Investiga y documenta lo siguiente, destacando que proceso de transferencia de calor lo provoca o afecta:
a) La formación de un huracán
b) La formación de un tornado
c) el choque de las masas polares y tropicales en nuestro planeta
2.1.4 DILATACIÓN DE LOS CUERPOS
Todos los cuerpos, sean sólidos, líquidos o gases, al recibir o ceder calor sufren modificaciones a nivel molecular. Una de estas modificaciones es la dilatación. Existen tres tipos de dilatación de acuerdo con la forma y naturaleza de la sustancia: lineal, superficial y volumétrica.
Antes que nada, podemos definir a la dilatación como el aumento en sus dimensiones cuando sube su temperatura, y esto sucede a todos los líquidos, sólidos y gases, ellos se dilatan al aumentar su temperatura.
Todos los cuerpos sólidos presentan lo que se llama un coeficiente de dilatación térmica, el cual podemos entender de la siguiente manera:
COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA: se ha comprobado que al incrementar la temperatura de una barra, aumenta su longitud y que dicho aumento Δl es proporcional a la longitud inicial (Li) y al aumento de su temperatura Δ t, esto es:
ΔL = α Li Δ T
EN DONDE α = COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL
DILATACIÓN LINEAL
Si el cuerpo es sólido y de forma alargada y delgada, sufre cambios en todo el cuerpo, pero la más notoria es en la longitud, por eso se dice que tiene dilatación lineal. Lo anterior se refiere a que, por ejemplo, si se calienta una barra de metal, este al absorber el calor, hace que las dimensiones en su longitud se acrecienten, dando origen a la dilatación. La dilatación del sólido alargado se mide en base a su coeficiente de dilatación lineal.
COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL, es el incremento de longitud por unidad de esta, de un material cuando hay un cambio de temperatura.
ΔL = L0 α ΔT
En donde
ΔL = es el cambio de longitud del cuerpo dilatado, el cual puede ser un incremento o un decremento
L0 = es la longitud inicial del cuerpo
α = es la constante de dilatación del cuerpo
ΔT = es el cambio de temperatura en el cuerpo dilatado ( Tf – Ti)
Tabla de coeficientes lineales de algunas sustancias
Sustancia α ( 1 / º C )
Aluminio 23 x 10-6
Cobre 17 x 10-6
Zinc 26 x 10-6
Vidrio (común) 9 x 10-6
Vidrio (pyrex) 3.2 x 10-6
Plomo 29 x 10-6
Sílice 0.4 x 10-6
Acero 11 x 10-6
Diamante 0.9 x 10-6
DILATACIÓN SUPERFICIAL
Consideremos ahora el aumento o disminución del área de un objeto provocado por el cambio de temperatura. Si la temperatura aumenta el objeto sufre una dilatación y si la temperatura baja, sufre una contracción.
Podemos definir el incremento de área de un cuerpo como, coeficiente de dilatación superficial y su definición seria:
“es el incremento de la superficie de una placa, por unidad de área, cuando hay un cambio de temperatura”
Su fórmula es β = 2 α
El coeficiente de dilatación superficial de un material es el doble de su coeficiente lineal.
DILATACIÓN VOLUMÉTRICA
El estudio de la dilatación volumétrica nos conduce a resultados similares a los analizados anteriormente, con la inclusión de una dimensión más. Por lo tanto, tenemos un volumen inicial (Vo) a una temperatura inicial (To) y al cuerpo se le aumenta la temperatura (T), ocasionando un cambio en su volumen (v). El aumento de dicho volumen (Δ V) por un cambio en la temperatura (ΔT) nos da el resultado del coeficiente de dilatación volumétrica, el cual se puede definir como:
“es el incremento de volumen, por unidad de este, de un material cuando hay un cambio en la temperatura”
Su fórmula es ΔV = γ Vi Δ T
En donde:
ΔV es la dilatación volumétrica en m3
γ el coeficiente de dilatación volumétrica en 1/°C
Vi el volumen inicial en m3
Δ T la variación de temperatura en °C
El valor del coeficiente de dilatación volumétrica se obtiene de la siguiente relación: γ= 3 α
ACTIVIDAD 6
En equipo de 4 personas, Reflexiona lo siguiente, discute y contesta de la manera más acertada:
1.- ¿Por qué se dilatan los cuerpos?
2.- ¿En qué se puede aplicar y aprovechar la dilatación térmica de los cuerpos?
3.- ¿Por qué se deja un espacio vacío entre los rieles ferroviarios?
4.- ¿Por qué es importante la forma cilíndrica de los envases que contienen gases?
2.1.5 DILATACIÓN DE LÍQUIDOS
La dilatación térmica en los líquidos obedece a los mismos principios que en los sólidos.
Considerando que los líquidos toman las formas del recipiente que los contiene, se estudia su dilatación volumétrica y se dice que su coeficiente de dilatación volumétrica es el incremento de volumen, por unidad de una sustancia, cuando hay un cambio en la temperatura.
2.1.5.1 UN CASO ESPECIAL: EL AGUA
El agua es el compuesto común más abundante en toda la tierra. Se encuentra en el aire y en el suelo en cantidades enormes y es parte considerable en todas las plantas y animales. En condiciones de temperatura normal, el agua es un líquido claro, incoloro e inodoro. Cuando se enfría a 0ºC, cambia a un sólido incoloro llamado hielo. Cuando se calienta a 100ºC, hierve y se convierte en vapor.
Hasta el momento, se pudiera decir que el agua se comporta normalmente, pero una propiedad excepcional con la que cuenta es que alcanza su máxima densidad a una temperatura próxima y arriba del punto de fusión. La densidad del agua a 4º C es de 1.0 gr/cm3 mientras que a los 0º C es de 0.9 gr / cm3 en forma sólida. Esta disminución de densidad es a causa de que el agua se dilata al solidificarse. Por ejemplo, una botella o una tubería llena de agua explotan o se rompe si el agua se solidifica. Esto se debe a que el agua ocupa 10 % más espacio en forma de hielo que en estado líquido.
El aspecto más importante de este comportamiento del agua es la relación con las plantas y animales acuáticos. En invierno el agua se enfría, adquiere su máxima densidad a los 4º C y se va al fondo. El agua menos densa y más caliente es desplazada hacia la superficie, donde a su vez se enfría. Finalmente, toda el agua está a 4º C, cesa el movimiento y es en este momento cuando el líquido que está en la superficie se enfría más y se convierte en hielo. Éste, al aumentar de volumen porque se dilata, se vuelve menos denso y queda flotando, conservando la temperatura bajo el hielo mayor que la de éste, propiciando que la vida de plantas y animales continúe.
Si colocas un vaso de agua líquida en el congelador de tu casa y lo observar después de una hora, notaras que solamente se formó hielo en la parte superior. Si lo dejas más tiempo, si llega a solidificarse toda el agua, pero por no tener movimiento el agua que está en el fondo.
ACTIVIDAD 7
Investiga en que consiste el punto triple del agua, lee la información y en tus propias palabras explica la información obtenida mediante un resumen:
TABLA DE COEFICIENTES DE DILATACIÓN VOLUMÉTRICA DE ALGUNAS SUSTANCIAS
SUSTANCIA X 10-6 / °C SUSTANCIA X 10-6 / °C
MERCURIO 182 PETRÓLEO 900
GASOLINA 950 ALCOHOL 750
METANOL 1,200 BENCENO 1,240
ACETONA 1,490
GLICERINA 500
EJEMPLO
Un bloque de concreto de una calle mide 20 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de –15° a 35°c?
SOLUCIÓN:
Para calcular la dilatación lineal, utilizaremos la formula ΔL = α Li Δ T , el valor de α se obtiene de la tabla
Sustituyendo:
ΔL = (10 X 10-6 /°C) (20 M) (50°C) = 0.01 M
ACTIVIDAD 8
Resuelve los siguientes problemas:
1- Un bloque de concreto de una calle mide 20 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de –10° a 35°c?
2.- Un bloque de concreto de una calle mide 10 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de 10° a 35°c?
3.- Un bloque de concreto de una calle mide 15 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de –5° a 30°c?
4.- Un bloque de concreto de una calle mide 17 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de 10° a 50°c?
5.- Un bloque de concreto de una calle mide 8 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de –9° a 40°c?
6.- Un bloque de concreto de una calle mide 13 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de 5° a 25°c?
7.- Un bloque de concreto de una calle mide 5 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de –10° a 35°c?
8.- Un bloque de concreto de una calle mide 18 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de 8° a 50°c?
9.- Un bloque de concreto de una calle mide 20 m de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la temperatura aumenta de -15° a 45°c?
2.1.5.2. TEMPERATURA Y CAMBIOS DE FASE
Existen diferentes procesos de cambio de fase debido a al incremento o decremento de la temperatura, a continuación se definen:
FUSIÓN: paso del estado sólido al líquido
SOLIDIFICACIÓN: paso del estado líquido al sólido
VAPORIZACIÓN: paso del estado líquido al gaseoso
LICUACIÓN O CONDENSACIÓN: paso del estado gaseoso al líquido
SUBLIMACIÓN: paso del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido.
2.1.6 CALORES ESPECÍFICOS
Como se vio anteriormente, el calor es recibir o ceder cierta cantidad de energía de un cuerpo a otro; con base en esto, la capacidad para ceder o recibir el calor depende del material.
Por ejemplo, si tomas una taza de cualquier material y le agregas agua caliente, la temperatura del agua baja rápidamente porque el material cede el calor más fácilmente. Por eso disponemos para el uso cotidiano de herramientas o utensilios que dependiendo del material con el que están fabricadas nos sirven para recibir más rápido el calor como los sartenes y los cómales para calentar las tortillas, y para ceder menos rápido el calor como las tazas para el café o las ollas de barro para conservar los frijoles calientes.
El calor específico se puede definir como:
“el calor que se debe suministrar a una sustancia, por unidad de masa, para variar su temperatura 1° C”
Su fórmula es:
C = ΔQ / m Δ T
O
ΔQ = m C Δ T
Calores específicos de algunas sustancias
SUSTANCIA C (Cal / gr º C)
Aluminio 0.217
Cobre 0.093
Vidrio 0.199
Hielo 0.55
Hierro 0.113
Plomo 0.031
Mercurio 0.033
Plata 0.056
Latón 0.094
Agua 1
Vapor 1.13
EJEMPLO
¿Qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 50 g de agua si se enfrían de 90 a 20° C?
SOLUCIÓN: ΔQ = m C ΔT = (50 g)(1 CAL/gr°C)(-70°C) = - 3500 CAL
2.1.6.1 CALOR ESPECÍFICO A PRESIÓN Y VOLUMEN CONSTANTE
Cuando se calienta un gas dentro de un recipiente, cuyo volumen es constante, el calor transmitido a este aumenta la energía de sus moléculas, en consecuencia, todo el calor se emplea para elevar su temperatura. No sucede lo mismo si se expande al ser calentado.
2.1.6.2 CALOR LATENTE
Además del calor especifico del que se ha hablado ya, existe lo que se llama calor latente. Este tipo de calor sirve para que un cuerpo pueda cambiar de estado, ya sea de sólido a líquido, de líquido a gas, y en sentido contrario
Se puede definir como:
“el calor requerido para cambiar la fase de una masa de una sustancia pura ”
Y está dado por la siguiente formula:
Q = m L
En donde
L = CALOR LATENTE DE LA SUSTANCIA
m = MASA
Q ES EL CALOR
Tabla de valores de punto de fusión y de vaporización
Sustancia Punto de fusión normal Qf
Calor de fusión Punto de ebullición normal Qv
Calor de vaporización
º C Cal / gr º C Cal / gr
Helio - 269.65 1.25 - 268.93 5
Hidrogeno - 259.31 14 - 252.89 108
Nitrógeno - 209. 97 6.09 -195.81 48
Oxigeno - 218.79 3.3 - 182.97 51
Alcohol etílico - 114 24.9 78 204
Mercurio - 39 2.82 357 65
Agua 0 80 100 539
Azufre 119 9.1 444.6 78
Plomo 327.31 5.86 1750 208
Oro 1063 15.4 2660 377
Cobre 1083 32 1187 1211
2.1.7 CALOR CEDIDO Y CALOR GANADO
Regularmente en temporada de calor se antoja toma un vaso con agua y hielo. Si este vaso lo dejas en la mesa, después de un tiempo observaras que el agua que estaba en el vaso tiene una menor temperatura y que el hielo que se había agregado al agua ya no está. Nuestro sistema hielo y vaso de agua han alcanzado el equilibrio. El hielo ha ganado calor, por eso ha cambiado de fase y el vaso con agua ha cedido calor al hielo; de esa forma ahora tiene una menor temperatura que la del inicio. La temperatura de equilibrio se encuentra entre la temperatura inicial del hielo y la temperatura inicial del vaso con agua.
Lo podemos representar como:
Qg = Q p
EJEMPLO
Un termo contiene 450 g de café ( C= 1 cal/gr °c) a 85 °c . Si se agregan 100 gr de leche (C= 1 cal/gr °c) a 12 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
Calor perdido por el café = calor ganado por la leche
( CM ΔT) CAFÉ = (CM Δ T ) LECHE
Δ T para el café queda (85°C – t) y para la leche (t – 12°C). Siendo t la temperatura final de la mezcla, sustituyéndola en la
Fórmula:
( 1 CAL/GR°C)(450 gr)(85°C – t) = ( 1 CAL/GR°C)(100 gr)( t – 12°C)
38250 GR°C – 450 GR (t) = 100 GR (t) - 1200 GR°C
38250 GR°C + 1200GR°C = 100 GR (t) + 450 GR (t)
39450 GR°C = 550 GR (t)
t = 71.73° C
ACTIVIDAD 9
Resuelve los siguientes problemas:
1. ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 50 g de agua si se enfrían de 80 a 20° c?
2. ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 100 g de agua si se enfrían de 95 a 20° c?
3. ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 75 g de agua si se enfrían de 70 a 15° c?
4. ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 200 g de agua si se enfrían de 85 a 35° c?
5. ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 125 g de agua si se enfrían de 90 a 20° c?
6. ¿un termo contiene 400 g de café ( c= 1 cal/gr °c) a 85 °c . Si se agregan 100 gr de leche (c= 1 cal/gr °c) a 12 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
7. ¿un termo contiene 200 g de café ( c= 1 cal/gr °c) a 70 °c . Si se agregan 100 gr de leche (c= 1 cal/gr °c) a 15 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
8. ¿un termo contiene 350 g de café ( c= 1 cal/gr °c) a 65 °c . Si se agregan 150 gr de leche (c= 1 cal/gr °c) a 18 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
9. ¿un termo contiene 300 g de café ( c= 1 cal/gr °c) a 80 °c .Si se agregan 200 gr de leche (c= 1 cal/gr °c) a 20 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
10. ¿un termo contiene 150 g de café ( c= 1 cal/gr °c) a 60 °c . Si se agregan 300 gr de leche (c= 1 cal/gr °c) a 10 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
ACTIVIDAD DE AUTOEVALUACIÓN Y GUÍA DE EXAMEN
I.- COMPLETA CON LA RESPUESTA CORRECTA
1. invento la escala centígrada de la temperatura
2. invento la escala absoluta de la temperatura
3. sucede cuando los tres estados de una sustancia están en equilibrio
4. aumento en las dimensiones de un objeto cuando sube su temperatura
5. proceso por el cual se transmite calor a lo largo de un cuerpo mediante colisiones moleculares
6. proceso por el cual se transmite calor debido al movimiento real de las masas calientes de un fluido
7. es el proceso por el cual se transmite calor debido a la emisión continua de energía
8. es el paso del estado sólido al liquido
9. paso del estado líquido al sólido
10. paso del estado líquido al gaseoso
II.- RESUELVE DE MANERA CORRECTA LOS SIGUIENTES PROBLEMAS
1.- convierte las siguientes cantidades a la escala que se te solicita
570 º k a ºc
100 ºc a ºf
176 ºf a ºc
225 ºf a º k
2.- ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 50 grs de agua si se enfrían de 90ºc a 20ºc?
3.- ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 200 grs de agua si se enfrían de 80ºc a 15ºc?
4.- un bloque de concreto de una calle mide 20 metros de longitud. ¿Cuál es su dilatación lineal cuando la
temperatura aumenta de – 15 º c a 35 º c ? si el valor de α es igual a 10 x 10-6 / ª C
FORMULA: ΔL = α Li ΔT
5.- un termo contiene 450 g de café ( c= 1 cal/gr °c) a 85 °c . Si se agregan 100 gr de leche (c= 1 cal/gr
°c) a 12 °c. ¿Cuál es la temperatura final del café?
III.- CONTESTA DE MANERA CORRECTA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
1) QUE ES UNA PARED ADIABÁTICA?
2) QUE ES UNA PARED DIATÉRMICA?
3) QUE ES EL CALOR ESPECIFICO?
4) QUE ES LA SUBLIMACIÓN?
5) QUE ES EL COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL?
BACHILLERES UGM DE ORIZABA
FISICA II
M.C. ING. ENRIQUE HERNANDEZ CASTRO
BLOQUE III LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD
3.1 ELECTRICIDAD: ELECTROSTATICA Y ELECTRODINAMICA
La electricidad se encuentra en todas las actividades de la vida cotidiana de cualquier persona. Resulta complejo imaginar un mundo sin electricidad; la corriente eléctrica proporciona los contactos eléctricos o las baterías que se emplean para hacer funcionar un sinnúmero de aparatos.
Debido a que la electricidad es una forma de energía, esta se puede transformar de diferentes maneras, por ejemplo:
• Los focos y las lámparas fluorescentes transforman la electricidad en iluminación.
• Los teléfonos y celulares transforman la electricidad en comunicación
• Los monitores y televisores transforman la electricidad en imágenes en movimiento
• Las bocinas transforman la electricidad en sonido
• Los motores eléctricos transforman la electricidad en movimiento
• Las computadores transforman la electricidad en información y datos
• Los calefactores, secadoras de pelo, hornos, etc. Transforman la electricidad en calor.
Estos son solo algunos ejemplos de la forma en que la electricidad se utiliza para facilitar la vida de las personas y se aprecia que es el tipo de energía más empleada en la actualidad.
La electricidad se origina por las cargas eléctricas, las cuales se pueden encontrar en reposo o en movimiento. La electrostática es una rama de la física que estudia el comportamiento de la carga eléctrica o cantidad de electricidad presente en un cuerpo y de los fenómenos asociados a las cargas eléctricas en reposo.
La electrodinámica es la parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento.
Actividad 1
Investiga y contesta lo siguiente:
¿Cómo se forma un relámpago y un rayo?
¿Cómo funciona un foco incandescente?
¿Cómo se produce la electrostática?
3.1.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA ELECTRICIDAD
Se atribuye al filósofo griego Tales de Mileto haber sido el primero en estudiar los fenómenos eléctricos.
A continuación se mencionan los antecedentes del estudio de la electricidad:
1. TALES DE MILETO (600 a.C): realiza las primeras observaciones del comportamiento eléctrico de los cuerpos.
2. GUILLERMO GILBERT (Siglo XVII): descubre que existen dos tipos de sustancias a) las eléctricas y b) las no eléctricas.
3. WILLIAN WATSON (Siglo XVIII): Introduce el concepto de corriente eléctrica.
4. BENJAMÍN FRANKLIN. descubre que existen cargas positivas y negativas, enunciando la siguiente ley:
LAS CARGAS DEL MISMO SIGNO INTERACCIONAN CON FUERZAS REPULSIVAS, Y LAS CARGAS DE SIGNOS CONTRARIOS CON FUERZAS ATRACTIVAS.
• cuando un objeto pierde electrones tiene carga positiva
• cuando un objeto gana electrones tiene carga negativa
ACTIVIDAD 2
Investiga lo siguiente
Científico Vida Aportación Aplicación
Tales de Mileto
Guillermo Gilbert
William Watson
Benjamin Franklin
3.1.2 CARGA ELÉCTRICA E INTERACCIÓN ENTRE CARGAS
La carga eléctrica, al igual que la masa, constituye una propiedad fundamental de la materia. Se manifiesta a través de fuerzas, denominadas electrostáticas, que son las responsables de los fenómenos eléctricos.
Existen dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. Su unidad de medida en el sistema internacional, es el Coulomb ( C ).
Recordemos que los cuerpos están formados por moléculas y estas a su vez por átomos. Un átomo contiene un núcleo con carga positiva, alrededor del cual giran electrones. Los electrones son partículas mucho más ligeras que los protones y tienen carga eléctrica negativa. La carga de un electrón es de igual magnitud, pero de signo contrario, a la de un protón. El número de electrones en un átomo es igual al de los protones de su núcleo, por lo tanto un átomo es eléctricamente neutro. La magnitud de la carga de un protón es igual a la de un electrón, cuyo valor es de 1.6 x 10-19 C. las sumas algebraicas de las cargas positivas del núcleo de un electrón y la carga negativa de los electrones son iguales a cero.
La carga eléctrica se puede transferir de un cuerpo a otro; por lo general, un cuerpo con exceso de carga positiva cede electrones a otro, cargándolo negativamente. Estas cargas positiva y negativa interactúan entre sí de la siguiente manera: un protón y un electrón se atraen entre sí, dos electrones se rechazan entre sí, y dos protones se rechazan entre sí.
Los cuerpos se pueden cargan eléctricamente de acuerdo a los siguientes mecanismos:
a) CARGA POR FRICCIÓN: materiales que al ser frotados tienen la propiedad de atraer cuerpos más ligeros. Al estado que adquieren estos materiales se les llama estado electrizado.
b) CARGA POR INDUCCIÓN: cuando un cuerpo con carga eléctrica se pone en presencia de un aislante sin tocarlo, la carga positiva atrae a la carga negativa del aislante y repele su carga positiva, generando de esta manera un estado polarizado en el aislante.
c) CARGA POR CONTACTO: cuando un cuerpo cargado positivamente toca al cuerpo no cargado habrá un flujo de electrones.
Actividad 3
Representa los diferentes tipos de carga:
Carga por Fricción
Carga por Inducción Carga por Contacto
ACTIVIDAD 4
Investiga cómo se realiza la carga por:
a) fricción
b) Inducción
c) Contacto
3.1.3 MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
La corriente eléctrica puede fluir a través de un cuerpo, sin embargo, todos los materiales tienen diferentes capacidades para permitir este flujo de corriente, es decir, diferente conductividad. La diferencia entre estos materiales que son buenos conductores de electricidad y los que no lo son radica en la movilidad relativa de la carga dentro de ese material.
Tenemos entonces de acuerdo a lo anterior:
CONDUCTORES: es cuando en el estado de electrización de un metal la carga se distribuye con gran facilidad y rapidez por toda la superficie, dispersándose de un modo casi instantáneo.
AISLANTES O DIELÉCTRICOS: materiales que se resisten al flujo de carga y cuando están cargados eléctricamente, la mantienen durante más tiempo.
ACTIVIDAD 5
Investiga cuales materiales son:
a) Conductores
b) Aislantes
Para poder determinar el tipo de carga que tiene un material o un cuerpo, podemos usar un electroscopio.
ELECTROSCOPIO: aparato para determinar el tipo de carga de un objeto.
Tipos de electroscopios
ACTIVIDAD 6
En equipo de 4 personas investiga con que materiales puedes fabricar un electroscopio y constrúyelo, en clase demuestra su funcionamiento
Material Procedimiento Construcción Características Funcionamiento
3.1.4 LEY DE COULOMB
El físico francés Charles A. Coulomb (1736 – 1806) realizó una serie de experimentos utilizando una balanza de torsión, con la que percibió que entre dos cuerpos cargados eléctricamente se ejercía una fuerza, misma que podía ser de atracción o de repulsión y que estaba en relación con la distancia a la que se encontraban dichos cuerpos. Además noto que la fuerza eléctrica entre dos cuerpos disminuía si se interponía un tercer cuerpo.
A partir de estos estudios, Coulomb enuncio la siguiente Ley:
LEY DE COULOMB
La fuerza de atracción o repulsión que ejercen entre si dos cuerpos cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Formula:
F = K ( q1q2)/ r2
En donde:
q = CARGAS DE LOS CUERPOS
r = DISTANCIA ENTRE ELLOS
K = CONSTANTE DE PROPORCIONALIDAD = 9 X 109 Nm2/ C2
F = FUERZA ATRACTIVA O REPULSIVA
EJEMPLO:
Dos cargas una q1 de 20 microcoulombs y la otra q2 de 10 microcoulombs, están suspendidas en el aire y separadas a 3 cm de distancia ¿con que fuerza se rechazan?
En este caso como las dos cargas son positivas la fuerza es repulsiva
q1 = 20 Mc = 20 x 10-6 C
q2 = 10 Mc = 10 x 10-6 C
r = 3 CM = 3 X 10-2 M
K = 9 X 109 Nm2/C2
Formula y sustitución
F = K ( q1q2)/ r2 = ( 9 X 109 Nm2/C2) [( 20 X 10-6C)(10 X 10-6C)] / ( 3 X 10-2M)2
F = (9 X 109 NM2 / 9 X 10-4C2M2) ( 2 X 10-10 C2) = 2 X 103N
ACTIVIDAD 7
Resuelve los siguientes problemas
1. una carga de -3 mc se colocan a 0.1 m de una carga de +3 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
2. una carga de 3 mc se colocan a 6 c m de una carga de 5 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
3. una carga de -4 mc se colocan a 3 cm de una carga de +3 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
4. una carga de 2 mc se colocan a 5 cm de una carga de +3 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
5. una carga de -2 mc se colocan a 6 cm de una carga de +8 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
6. una carga de 6 mc se colocan a 10 cm de una carga de +3 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
7. una carga de 10mc se colocan a 7 cm de una carga de 8 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
8. una carga de 5 mc se colocan a 3 cm de una carga de -5 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
EJEMPLO:
Dos cargas q1 = - 8 mc y q2 = +12 mc, son colocadas a 120 mm de distancia en el aire. ¿Cuál es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -4 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
q1 q3 q2
6CM 6 CM
DATOS
q1= -8 MC = -8 X 10 -6 C
q2= +12 MC = +12 X 10-6 C
q3= -4 MC = -4 X 10-6 C
d = 120 MM = 120 X 10-3 M = 0.12 M
K= 9 X 109 Nm2 / C2
d 1 – 3 = 0.06 M
d 2 – 3 = 0.06 M
F1 = ¿?
F2 = ¿?
F = F1 + F2
ACTIVIDAD 8
Resuelve los siguientes problemas:
1. dos cargas q1 = 8 mc y q2 = +10 mc, sn colocadas a 150 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -4 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
2. dos cargas q1 = - 8 mc y q2 = +12 mc, sn colocadas a 120 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -4 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
3. dos cargas q1 = - 6 mc y q2 = +8 mc, sn colocadas a 100 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -2 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
4. dos cargas q1 = -10 mc y q2 = 10 mc, sn colocadas a 140 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -6 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
5. dos cargas q1 = - 4 mc y q2 = +10 mc, sn colocadas a 130 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -3 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
6. dos cargas q1 = - 12 mc y q2 = +15 mc, sn colocadas a 160 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -6 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
7. dos cargas q1 = - 12 mc y q2 = +18 mc, sn colocadas a 100 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -5 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
8. dos cargas q1 = - 14 mc y q2 = +20 mc, sn colocadas a 180 mm de distancia en el aire. ¿cual es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -8 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
3.1.5 CAMPO ELÉCTRICO
Podemos observar, de manera experimental que las cargas eléctricas no necesitan de un medio material para ejercer su influencia sobre otras. Comúnmente se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción, en términos físicos, de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. En el caso de la carga eléctrica, es posible describir su influencia sobre otras definiendo el campo eléctrico como la fuerza eléctrica, por unidad de carga (positiva).
El campo eléctrico (E) que existe en un punto es la fuerza electrostática experimentada por una carga eléctrica en ese punto y dividida entre la misma.
Podemos deducir, que las fuerzas electrostáticas que interactúan en el campo eléctrico tienen características vectoriales y se suman de la misma manera que en el caso de la mecánica.
En el caso de las fuerzas electrostáticas, existe un sentido de la fuerza, el cual depende del origen de nuestro sistema de referencia.
Existen fuerzas mutuas entre dos cuerpos que pueden ser eléctricas o magnéticas, dando origen al campo eléctrico o campo magnético.
Para el estudio experimental de las cargas eléctricas de un cuerpo o de un material se utiliza lo que se llama una carga de prueba, la cual se puede definir como:
CARGA DE PRUEBA: carga eléctrica muy pequeña que no afecta de manera apreciable al campo en estudio y generalmente siempre es positiva.
Además, el campo ejercido por las cargas eléctricas posee una intensidad, que se denomina y define como:
INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO: está dada por la razón de la fuerza eléctrica f entre la carga de prueba q0, quedando expresada en la siguiente ecuación:
E = F / q0
El campo eléctrico para representarse, emplea denominan líneas de fuerza, y que pueden definirse como:
LÍNEAS DE FUERZA: forma geométrica de representar un campo eléctrico usando líneas que pueden trazarse bajo las siguientes reglas:
• las líneas de fuerza son tangentes en todos sus puntos al vector e y su dirección sale de la carga positiva y entra hacia la carga si es negativa.
• el número de líneas de fuerza por unidad de área es igual al valor de e en el punto considerado, ya que es una medida cualitativa de este
EJEMPLO:
Una carga de 2 x 10-6 colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 8 x 10-4.¿ cual es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico?
DATOS
q = 2 x 10-6 C
F = 8 X 10-4 N
E = ¿? FORMULA
E = F / q0
SUSTITUCIÓN
E = 8 X 10-4 / 2 X 10-6 RESULTADO
E = 4 X 102 N /C
ACTIVIDAD 9
Resuelve los siguientes problemas
1. una carga de 3x 10-6 colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 12 x 10-4.¿ cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico?
2. una carga de 4x 10-6 colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 15 x 10-2.¿ cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico?
3. una carga de 3x 10-6 colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 9 x 10-4.¿ cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico?
4. una carga de 2x 10-6 colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 10 x 10-4.¿ cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico?
5. una carga de 6x 10-6 colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 17 x 10-4.¿ cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico?
Calculo de la intensidad del campo eléctrico
Para calcular la intensidad del campo eléctrico, respecto a dos cargas o más que se encuentran separadas una distancia dada, se utiliza la siguiente formula:
E = (q1q2) / r2 o bien E = Kq / r2
EJEMPLO:
¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 2 cm de una carga de – 12 x 10-6 c?
DATOS
E =¿?
r = 2 CM = 2 X 10-2 M
q = -12 X 10-6 C
K = 9 X 109 Nm2/ C2 FORMULA
E = Kq / r2
SUSTITUCIÓN
E = (9 X 109 Nm2/ C2)( 12 X 10-6 C) / (2 X 10-2 M)2
RESULTADO
E = 27 X 107 N/C
ACTIVIDAD 10
Resuelve los siguientes problemas
1. ¿cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 4 cm de una carga de – 16 x 10-6 c?
2. ¿cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 3 cm de una carga de – 9 x 10-6 c?
3. ¿cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 5 cm de una carga de 12 x 10-6 c?
4. ¿cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 2 cm de una carga de – 10 x 10-6 c?
5. ¿cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 7 cm de una carga de – 22 x 10-6 c?
3.1.5.1 CAMPO ELÉCTRICO ENTRE DOS PLACAS
El campo eléctrico entre dos placas cargadas uniformemente y de signo opuesto es constante. La importancia de conocerlo es porque con él se puede calcular la fuerza que se ejerce sobre una carga de prueba, el valor de la carga del electrón, así como la determinación de la trayectoria de partículas cargadas que se muevan en el espacio dentro de las placas. se supone que al observar el campo entre dos esferas con cargas opuestas e imaginar que las esferas van creciendo más y más hasta llegar a un límite tal, que sus superficies nos parezcan dos planos paralelos entre los cuales las líneas de fuerza son rectas paralelas igualmente espaciadas.
Experimentalmente se determina que el campo dentro de las placas tiene la misma dirección e intensidad. A este campo se le llama uniforme y solo depende del valor de la carga q en las placas y de su área a. de los valores experimentales se obtiene la siguiente ecuación
En donde εO es una constante de proporcionalidad que corresponde a la permitividad eléctrica en el vacío, con un valor de 8.85 X 10-12 C2 / N m2
Un campo uniforme ejerce una fuerza sobre una carga de prueba q0 si la carga es positiva, la fuerza esta dirigida hacia la placa negativa como se muestra en la siguiente figura:
3.1.6 CONCEPTO DE PILA. CIRCUITOS EN SERIE Y EN PARALELO
Pila de Volta: introducción
A fines del siglo XVIII, el científico italiano Volta (de allí proviene "pila volta") inventó unos artilugios galvánicos capaces de transformar reacciones químicas de metales y líquidos en energía eléctrica, a los que se los denominó PILA.
Estos artefactos poco a poco se perfeccionaron y desarrollaron hasta conseguir pilas de alta potencia y máxima duración, capaces de proporcionar energía portátil en cualquier situación y lugar. La utilización de la pila esta muy difundida, ya que su gran ventaja es la total autonomía energética, que es capaz de proporcionar a cualquier artefacto utilizado en la vida cotidiana, como por ejemplo linternas, radios y otros elementos que son indispensables para la vida de algunos seres humanos, como el marcapasos para aquellos que sufren problemas cardíacos. De ellas se alimenta hoy una gran parte de la aparatología que usa el hombre moderno, pero el problema principal surje al momento de arrojarlas a la basura: una partícula de mercurio puede contaminar 600.000 litros de agua al liberar sus componentes de mercurio o cadmio, el cual al entrar en contacto con la tierra y posteriormente cuando penetran y llegan a la napa de agua contaminan la cadena alimentaria. Si tomamos en cuenta que, solo en USA se eliminan un número superior a 200 millones de pilas y baterías por año nos daremos cuenta que el tema es más que preocupante.
Pila: definición, acumulador
Se denomina pila --o elemento galvánico (electricidad dinámica producida por una reacción química)-- a un sistema en el que la energía química de una reacción química es transformada en energía eléctrica. Batería es una unidad productora de energía eléctrica constituida por varias pilas.
Acumulador: cualquier elemento productor de energía eléctrica basado en una/s pila/s secundarias (acumulador equivale a recargable). Ánodo es el electrodo en donde se produce la oxidación cuando la pila funciona como fuente de energía. Cátodo: en el electrodo en donde se produce la reducción cuando la pila funciona como fuente de energía.
Tipos de pilas
Pila eléctrica
Es un dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica. Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido convertida (es decir, que las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en dirección opuesta a la operación normal de la pila, se llaman pilas secundarias o acumuladores.
Pilas primarias /pila seca
Pila común no recargable Pila basada en una reacción química irreversible, y por lo tanto, no recargable. Posee un ciclo de vida. La pila primaria más común es la pila Leclanché o pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en los años sesenta. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento original. El electrolito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 V.
Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como batería de mercurio. Puede tener forma de disco pequeño y se utiliza en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos. El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el electrolito es una disolución de hidróxido de potasio. La batería de mercurio produce unos 1,34 V.
Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de mercurio, conocida normalmente como batería de mercurio. Puede tener forma de disco pequeño y se utiliza en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos. El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el electrolito es una disolución de hidróxido de potasio. La batería de mercurio produce unos 1,34 V.
La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se diferencia de las demás en que los productos químicos no están dentro de la pila, sino que se suministran desde fuera.
Pilas secundarias /pilas recargables
Baterías en recarga dentro del cargador de pilas Pila basada en una reacción química reversible y por lo tanto recargable. Se pueden generar sus elementos activos pasando una corriente eléctrica en sentido contrario al de descarga. Posee ciclos de vidas múltiples. El acumulador o pila secundaria, que puede recargarse revirtiendo la reacción química, fue inventado en 1859 por el físico francés Gastón Planté. La pila de Planté era una batería de plomo y ácido, y es la que más se utiliza en la actualidad. Esta batería que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rápidamente. El electrolito es una disolución diluida de ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo.
En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrolito para formar sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo reacciona con los iones hidrógeno del electrolito y con los electrones formando agua e iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrolito produciendo nuevamente sulfato de plomo.
Cargador de Pilas Energizer
Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua y en sulfato de plomo. Al recargar la pila, las reacciones químicas descritas anteriormente se revierten hasta que los productos químicos vuelven a su condición original. Una batería de plomo y ácido tiene una vida útil de unos cuatro años. Produce unos 2 V por pila. Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70 años.
Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o batería de níquel y hierro, ideada por el inventor estadounidense Thomas Edison en torno a 1900. El principio de funcionamiento es el mismo que en la pila de ácido y plomo, pero aquí el electrodo negativo es de hierro, el electrodo positivo de óxido de níquel y el electrolito es una disolución de hidróxido de potasio. La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa principalmente en la industria pesada. La batería de Edison tiene una vida útil de unos diez años y produce aproximadamente unos 1,15 V.
Otra pila alcalina similar a la batería de Edison es la pila de níquel y cadmio o batería de cadmio, en la que el electrodo de hierro se sustituye por uno de cadmio. Produce también 1,15 V y su vida útil es de unos 25 años.
Pilas solares
Pila solar y su cargador de células fotosensibles Las pilas solares producen electricidad por un proceso de conversión fotoeléctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han añadido impurezas. Cuando la luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de éste y se dirigen a la superficie opuesta. Allí se recogen como corriente eléctrica. Las pilas solares tienen una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones como fuente de electricidad para el equipo de a bordo.
Dentro de la amplitud de la palabra pila podemos encontrar varios tipos de ellas:
Pilas Botón de mercurio: son aquellas que contienen más mercurio por unidad.
Pilas Botón de litio: son las que no contienen ni mercurio ni cadmio, o sea que son una alternativa para evitar el consumo de los pilas botón de mercurio.
Pilas alcalinas: son aquellas que ofrecen duración y potencia a costa de utilizar mercurio, su contenido tóxico es menor que las pilas botón.
Acumuladores níquel-cadmio: son las menos frecuentes y pueden recargarse después de gastadas, es decir que incluye a las pilas recargables. Bien utilizadas pueden durar varios años.
Pilas salinas: son las primeras que aparecieron tienen menos duración y potencia pero su contenido tóxico es muy bajo.
Pilas verdes: son un nuevo tipo de pilas ecológicas apenas contiene mercurio y no ocasionan problemas de contaminación.
Actualmente se está investigando en varios tipos de pilas combustible, con sus verdaderas limitaciones y sus aplicaciones.
Estas pilas se clasifican por el tipo de electrolito empleado. Entre las más prometedoras se encuentran:
• Membrana polimétrica (PEM)
• Acodo fosfórico (PAFC)
• Conversión directa del metanol (DMFC)
• Alcalina (AFC)
• Carbonato fundido (MFCF)
• Oxido sólido (SOFC)
• Reversible (regenerativa)
Circuitos eléctricos: conexiones agrupadas de los capacitores.
Conexión en serie: el reciproco de la capacidad equivalente de una conexión en serie es igual a la suma de los recíprocos de cada uno de los capacitores que forman dicha conexión.
Conexión en paralelo: si los capacitores están conectados en paralelo, su capacidad equivalente sera igual a la suma de las capacidades que forman el agrupamiento
CORRIENTE ELÉCTRICA:
Cuando el campo eléctrico es aplicado constantemente, los electrones en cualquier instante se mueven siempre en el mismo sentido, generando lo que se llama corriente eléctrica.
SENTIDO CONVENCIONAL DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
En un conductor metálico los electrones se mueven y las cargas positivas permanecen fijas en su lugar. en una sustancia conductora liquida o gaseosa, la corriente puede estar formada por iones positivos o negativos moviéndose en sentido opuesto, en este caso no se puede definir la dirección de la corriente eléctrica. por lo tanto: el sentido de la corriente eléctrica es igual que el de las cargas positivas
INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Es igual a la cantidad de carga eléctrica que pasa por una sección del conductor en un tiempo determinado. Sus unidades son el ampere y su fórmula es I = q / t
RESISTENCIA ELÉCTRICA
Es la característica del material que interviene en esta discrepancia de valores.
LEY DE OHM
La intensidad de corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicado.
I = V / R ó V = I R
RESISTIVIDAD O RESISTENCIA ELÉCTRICA:
Es la propiedad que tienen los conductores de oponerse al paso de la corriente.
R = ρ (L / A) ρ = cte. de proporcionalidad L= LONG.
CONEXIÓN DE RESISTENCIA EN SERIE
En este caso se conectan elementos resistivos uno a continuación del otro y el número que se desee.
FORMULA:
R = V / I VAB / I = V1 / I1 + V2/I2 + V3/I3 = 1/I ( V1 + V2 + V3)
EXPRESADO DE OTRA MANERA SE TIENE:
La resistencia total, equivalente de un circuito en serie es igual a la suma de las resistencias que lo componen.
CIRCUITO EN PARALELO
El circuito está formado por dos o más componentes resistivos que se conectan a dos puntos comunes, a y b, los cuales se encuentran a la misma diferencia de potencial VAB
En donde: VAB = V1 = V2 = V3 Y I = I1 + I2 + I3
Y aplicando la ley de ohm queda 1/R = 1/R 1 + 1/R2 + 1/R3
Este resultado se puede expresar:
El reciproco de la resistencia total o equivalente de un circuito en paralelo es igual a la suma de los recíprocos de las resistencias que lo forman.
ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA
FUENTE DE FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM):
Es el agente externo que suministra la energía necesaria para transportar las cargas eléctricas a través de un conductor.
Fem: es un dispositivo que convierte energía química, mecánica, eléctrica a otras formas de energía. Se designa con la letra y su símbolo en los diagramas es el siguiente +- I/T.
3.1.7 POTENCIAL ELÉCTRICO Y ENERGÍA
Trabajo en un campo eléctrico. Si la carga q que genera el campo eléctrico es positiva y acordamos que la carga de prueba qo también lo es, qo sentirá una fuerza repulsiva al acercarse a Q, por lo tanto, habrá que efectuar un trabajo para vencer esta fuerza.
Si llevamos a qo en dirección de las líneas de fuerza del punto 1 al 2, el trabajo realizado se almacenara en forma de energía potencial.
De la definición de trabajo tenemos que: W = f d JOULE = N x m
Si F = E qo y sustituyendo en la ec. Anterior tenemos: W = E qo d
La ecuación es válida para cualquier carga por lo que se puede expresar como: W = q E d
Si d = r1 – r2 donde r1 y r2 son las distancias de Q a los puntos 1 y 2 respectivamente, la diferencia de valores de la energía potencial en 1 y en 2 es:
ΔEp = Ep2 – Ep1 = qEd = qE ( r1 – r2 )
Ya que el cambio de energía potencial es igual al trabajo realizado, donde e corresponde al valor promedio de los valores comprendidos entre E1 y E2 ; como r varía entre r1 y r2 , la cantidad r1 r2 constituye una buena aproximación para el valor verdadero de r2 sustituyendo el valor de E .
ΔEp = Qk(Q/r2) (r1 – r2) = Qkq ( r1 – r2 / r1 r2 ) = Qkq ( r1 – r2 / r1 r2 ) Qkq (1/r2 - 1/r1)
W = ΔEp = KQ (1/r2 - 1/r1)
DIFERENCIA DE POTENCIAL
Si se define a la diferencia de potencial Δ V como el trabajo por unidad de carga, obtenemos la siguiente ecuación:
Δ V = W / q = KQ (1/r2 - 1/r1) CON Δ V = V2 - V1
Se llama diferencia de potencial entre el punto 2 y el punto 1, al trabajo suministrado para llevar la carga q del punto 1 al 2 dentro del campo eléctrico Q.
Sus unidades son el volt definido como:
Δ V = W / q sus unidades son JOULES / COULOMB = VOLT
Suponiendo que la carga qo la traemos del infinito hasta una distancia r de Q. el trabajo realizado contra las fuerzas eléctricas repulsivas está dado por:
W = q KQ ( 1/ r - 1/ r ) Y W = (qKQ) / r
Y la diferencia de potencial es: Δ V = Vr - V = W / q = KQ (1/ r2 - 1/ r1 )
El potencial en infinito es igual a cero, ya que 1 / infinito = 0
Por lo tanto:
Vr = (KQ) / r
Analizando el campo y potencial eléctrico entre dos placas conductoras con cargas q de igual magnitud, pero diferente signo, tenemos que el campo e de las placas tiene un valor constante, si se introduce una carga de prueba q0 actúa sobre ella una fuerza eléctrica hacia abajo, dada por q0 E. el trabajo realizado por las fuerzas del campo en llevar a q0 del punto A al B una distancia d es: W = F d = q0 E d
Por lo tanto la diferencia de potencial está dada por:
Δ V = W / q0 = E d y E d = VB - VA
En este caso el trabajo es positivo ya que se realiza en la dirección de las fuerzas del campo. si la carga que se mueve es negativa el trabajo también lo es.
CAPACITANCIA: capacidad de los conductores de almacenar una determinada cantidad de carga eléctrica, y depende del tipo de conductor que se tenga. Recordando que, capacitor o condensador eléctrico, es un dispositivo para almacenar carga eléctrica
FORMULA DE CAPACITANCIA:
C = q / VAB
UNIDADES DE LA CAPACITANCIA: la unidad de la capacitancia es el coulomb / volt y se llama farad (f)
El farad es una unidad grande por lo que en la práctica se emplean subunidades como: micro farad = 1 μF = 10-6 F y picofarad = 1 μF = 10-12 F
La capacidad eléctrica de un condensador depende del conductor del cual está hecho y de la forma geométrica que tenga.
Constante dieléctrica ( Kc ) de un material se define como el cociente de la capacitancia C del capacitor con una sustancia dieléctrica y el valor Co del mismo pero vacío.
FORMULA: Kc = C / Co o bien , Kc = ( q / V ) / ( q / V0 ) = Vo / V = Eo / E
La ecuación anterior demuestra que la constante dieléctrica no es solo la razón entre las capacitancias, sino que es también la razón entre los potenciales, así como la de los campos; o se puede expresar en términos de la constante de permitividad eléctrica e del material o sustancia dieléctrica y la permitividad eléctrica en el vacío E o . Constantes que determinan las propiedades eléctricas del medio o material que contenga el capacitor y su relación está dada por: Kc = E / E o
Con base a esta relación Kc la constante dieléctrica, también recibe el nombre de permitividad relativa
En un capacitor de placas paralelas, la magnitud del campo eléctrico e, dentro de él es uniforme, pues solo depende de la carga acumulada, del área de las placas y de la permitividad eléctrica en el vacío o sea:
E o = q / ( E o A ) y la diferencia de potencial esta dada por Vo = E o d
entonces tenemos: Co = q / Vo = q / ( E o d ) = q / ( q / E o A ) d = E o ( A / d )
y en función de la constante dieléctrica queda como: C = K E o ( A / d )
VALORES EXPERIMENTALES DE E Y K e DE ALGUNOS MATERIALES
EJEMPLO
Si un capacitor recibe una carga de 2 μ c con una diferencia de potencial de 200 volts:
BACHILLERES UGM DE ORIZABA
FISICA II
M.C. ING. ENRIQUE HERNANDEZ CASTRO
BLOQUE IV RELACIÓN DE ELECTRICIDAD CON EL MAGNETISMO
INTERACCIÓN MAGNÉTICA
MAGNETISMO. Propiedad de ciertos materiales de atrae pequeños trozos de hierro.
IMÁN: es un cuerpo capaz de atraer materiales compuestos de hierro.
Existen dos tipos de fuerzas de interacción magnética (atractivas y repulsivas), así mismo existen dos polos (positivo y negativo), con lo cual se establece que polos diferentes se atraen, mientras que polos iguales se repelen.
CAMPO MAGNÉTICO: espacio que rodea a un imán y que posee determinadas propiedades físicas.
FUERZA MAGNÉTICA: fuerza ejercida sobre ciertos cuerpos susceptibles a ser magnetizados.
LÍNEAS DE INDUCCIÓN: curvas y líneas que representan un campo magnético.
INDUCCIÓN MAGNÉTICA: es igual al flujo de líneas de inducción por unidad de área. Su símbolo es m se define como:
= B A cos
En donde
A = ÁREA y = ángulo de las líneas de inducción con la perpendicular al área
ESPECTRO MAGNÉTICO: está constituido por líneas muy parecidas a las del campo eléctrico y que representa el flujo del polo norte al polo sur.
EXPERIMENTO OERSTED
Consiste en acercar una brújula a un alambre por el cual circula una corriente eléctrica; al ir acercándola al alambre conductor esta cambia de dirección, dejando de apuntar hacia el polo norte geográfico y apuntando hacia el conductor.
LEY DE AMPERE:
Es la relación de la componente tangencial del campo magnético a lo largo de una curva cerrada, con la corriente que pasa a través de la superficie delimitada por esa curva.
Su enunciado matemático es :
B (2 r ) = 0 I
En donde 0 = permeabilidad magnética en el vacío = 4 X 10-7 N/A2
Y 2 r = circunferencia en la cual se está midiendo el campo
ESPIRA: es la circunferencia formada por un alambre con corriente y se comporta como un dipolo magnético, cuando se encuentra en presencia de un campo externo.
SOLENOIDE O BOBINA: es cuando el conductor es un alambre enrollado forma un numero n de espiras.
PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES
MATERIALES DIAMAGNÉTICOS: en ellos, las corrientes a escala atómica generan un campo interno que se opone a un campo inicial, disminuyendo su magnitud.
MATERIALES PARAMAGNÉTICOS: en ellos, los responsables de su comportamiento magnético son los electrones, mismos que, además de moverse en orbitas alrededor del núcleo, tienen movimiento de rotación sobre su propio eje, generando momentos magnéticos electrónicos.
MATERIALES FERROMAGNÉTICOS: se diferencian de los paramagnéticos en que los momentos electrónicos de los primeros interaccionan entre si tan fuertemente que tienden a alinearse espontáneamente, esta no es una propiedad de los átomos sino de los cristales que constituyen el material.
MAGNETISMO TERRESTRE
El planeta tierra está formado por una corteza sólida, un núcleo de hierro y de otros metales a una temperatura muy alta, en estado ionizado (cargado eléctricamente). Al girar la tierra, el núcleo también lo hace, provocando que se formen corrientes eléctricas creando su propio campo magnético, y es por esto que la tierra se comporta como un gran imán.
El campo magnético terrestre no es regular ni estático, ya que tiene variaciones locales provocadas por las propiedades magnéticas de las rocas, por las variaciones del tiempo y por las interacciones solares.
ELECTROMAGNETISMO
LEY DE FARADAY: un flujo magnético variable induce un campo eléctrico, produciendo una fuente de fuerza electromotriz.
´ = - N( / t)
LEY DE LENZ. Siempre que se induce una fem, la corriente inducida tiene un sentido tal, que genera un campo magnético que se opone a la variación que le provoca.
Actividad
I. Forma equipos de 4 personas y realiza lo siguiente:
1.-Realiza una investigación documental sobre el impacto social y cultural de la Física
a) El reporte por escrito debe contener:
• Hoja de presentación
• Objetivo
• Introducción
• Marco teórico
• Imágenes en relación al tema
• Conclusión
• Fuentes bibliográficas
2.- Realiza con tu equipo, un video en el que muestres los riesgos y los beneficios del uso de la Física como ciencia y su impacto en el ambiente.
GUIA EXAMEN FINAL FISICA II
M.C. ING. ENRIQUE HERNANDEZ CASTRO
I.- DEFINE LO SIGUIENTE
viscosidad
tensión Superficial
capilaridad
adhesión
principio de Bernoulli
gasto
flujo
principio de Pascal
cohesión
hidrostática
II. CONTESTA CORRECTAMENTE LO SIGUIENTE
1) QUE ES UNA PARED ADIABÁTICA?
2) QUE ES UNA PARED DIATÉRMICA?
3) QUE ES EL CALOR ESPECIFICO?
4) QUE ES LA SUBLIMACIÓN?
5) QUE ES EL COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL?
III.- RESUELVE DE MANERA CORRECTA LOS SIGUIENTES PROBLEMAS
1. ¿Qué presión ejerce el agua en el fondo de una alberca que mide 20 x 50 m de área y que tiene 4 metros de profundidad, si se encuentra llena a diferentes porcentajes: A) 100 % B) 70 %
FORMULAS: Presión = densidad x gravedad x altura
2. se tiene una prensa hidráulica y se quiere levantar con ella un automóvil de 1000 kg
a) ¿Qué fuerza debe aplicarse para levantar el automóvil si no se tiene la prensa hidráulica?
b) ¿Qué fuerza se debe aplicar para levantarlo si la prensa hidráulica tiene un embolo mayor de 6 m2 y un embolo menor de 0.06 m2 ?
FORMULA: peso = fuerza x gravedad F1 = (A1 x F2) / A2
3. Determina el empuje que experimenta un cuerpo que tiene un volumen de 0.3 m, cuando es sumergido en un líquido que tiene una densidad de 1100 kg / m3?
FORMULA : empuje = densidad del fluido x volumen x gravedad
4. en un tubo de 1.25 cm de diámetro fluye agua a 12 cm/s-. determine el flujo y el gasto
5. convierte las siguientes cantidades a la escala que se te solicita
570 º k a ºc
100 ºc a ºf
6. ¿qué cantidad de calor ceden, a sus alrededores, 50 grs de agua si se enfrían de 90ºc a 20ºc?
7. una carga de -3 mc se colocan a 0.1 m de una carga de +3 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
8. una carga de 3 mc se colocan a 6 c m de una carga de 5 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
9. una carga de -4 mc se colocan a 3 cm de una carga de +3 mc. calcular la fuerza entre estas dos cargas.
10. dos cargas, una q1 de 20 mc y la otra q2 de 10 mc, están suspendidas en el aire y separadas 3 cm de distancia ¿con que fuerza se rechazan? FÓRMULA F = (K) [ (q1)(q2)] / r2
11. dos cargas q1 = - 8 mc y q2 = +12 mc, sn colocadas a 120 mm de distancia en el aire. ¿cuál es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -4 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
12. dos cargas q1 = - 6 mc y q2 = +8 mc, sn colocadas a 100 mm de distancia en el aire. ¿cuál es la fuerza resultante en una tercera carga q3 = -2 mc, colocada a la mitad del camino entre las otras dos cargas.
IV. SUBRAYA LA RESPUESTA CORRECTA
1) es la diferencia entre la presión absoluta p, y la presión atmosférica p atm
a) Presión manométrica b) ley de gravedad c) p. de pascal
2 ) una presión externa aplicada a un fluido se transmite uniformemente por todo el volumen del fluido
a) p. de pascal b) gasto c) flujo medio
3) todo cuerpo sumergido en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido desalojado
a) p. Arquimedes b) p. Taylor c) p. kekule
4) es la razón de una fuerza al área sobre la que actúa
a) Presión b) densidad c) viscosidad
5) dificultad que presentan las capas de un líquido a deslizarse con respecto a las demás
a) Viscosidad b) densidad c) capilaridad
III.- EXPLICA DE MANERA CORRECTA LO SIGUIENTE
1) cómo se dividen los materiales?
2) explique en que consiste la carga por contacto
3) explique en qué consiste la carga por inducción
4) ¿qué expresa la ley de Coulomb?
5) ¿Qué son las líneas de fuerza?
6) ¿qué es la capacitancia?
7) ¿qué es la carga de prueba?
8) ¿qué es el electroscopio?
9) invento la escala absoluta de la temperatura
10) sucede cuando los tres estados de una sustancia están en equilibrio
11) aumento en las dimensiones de un objeto cuando sube su temperatura
12) proceso por el cual se transmite calor a lo largo de un cuerpo mediante colisiones moleculares
13) proceso por el cual se transmite calor debido al movimiento real de las masas calientes de un fluido
14) es el proceso por el cual se transmite calor debido a la emisión continua de energía
15) es el paso del estado sólido al liquido
16) paso del estado líquido al sólido
17) paso del estado líquido al gaseoso
18) realizo las primeras observaciones del comportamiento eléctrico
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