CALOR ESPECÍFICO

El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de un gramo de materia. Es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de la temperatura. 

Existen algunas substancias que ya tienen un calor específico constante, como por ejemplo:

Substancia	c (cal/g ºC)
Aluminio Cobre Vidrio Hielo Hierro Plomo Mercurio Plata Latón Agua Vapor	0.217 0.093 0.199 0.55 0.113 0.031 0.033 0.056 0.094 1 1.13

El uso de esta constante nos va a proporcionar el calor que va a ser cedido o recibido a otro cuerpo mediante la siguiente ecuación:

Q = mc(Tf-Ti)

Donde:

Q: Calor liberado o recibido

m: masa 

c: calor específico

Tf: temperatura final

Ti: temperatura inicial

Calor latente

Sirve para que un cuerpo pueda cambiar de estado, ya sea de sólido a líquido (fusión), de líquido a gas (ebullición) y en sentido contrario. Se representa generalmente como Lf que es el calor de fusión, o también como Lv que es el calor de vaporización.

El calor que necesita una sustancia para cambiar de fase está dado por la fórmula:

Q = m L

Donde:

Q: calor necesario para que una sustancia cambie de fase

m: masa de una sustancia

L: el calor latente por unidad de masa

Calor cedido y calor ganado

Cuando dos cuerpos se encuentran en medio de una transferencia de calor, el calor que uno de los cuerpos cede, por lógica es igual al calor que gana el otro, por lo tanto:

QG = QP

CALOR

Es la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. El calor tiene dos formas de medirse. La primera es el joule, que recibe su nombre al científico Prescott Joule; la segunda es la caloría. Un joule es igual a 4.186 calorías. 

Transmisión de calor

Los medios por los cuales un cuerpo recibe o cede calor a otro cuerpo son tres: conducción, convección y radiación.

Conducción

Es el proceso que se produce por contacto térmico entre dos ó más cuerpos, debido al contacto directo entre las partículas individuales de los cuerpos que están a diferentes temperaturas, lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico.

Convección

Sólo se produce en fluidos (líquidos o gases), ya que implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura, a regiones que están a otra temperatura. El transporte de calor está inseparablemente ligado al movimiento del propio medio.

Radiación

Es el proceso por el cual se transmite a través de ondas electromagnéticas. Implica doble transformación de la energía para llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energía térmica a radiante y luego viceversa.

DILATACIÓN TÉRMICA:

Dilatación de los sólidos (superficial y volumétrica)

La dilatación superficial se lleva a cabo cuando el área de un objeto aumenta o disminuye por el cambio de temperatura. Si la temperatura aumenta el objeto sufre una dilatación y si la temperatura baja sufre una contracción. Se puede calcular de la siguiente manera:

A = BAo(T-To)

Donde:

A: Área final

B: coeficiente de dilatación superficial

Ao: Área inicial

T: Cambio de temperatura

To: Temperatura inicial

En la dilatación volumétrica tenemos un volumen inicial (Vo), 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 por un cambio en la temperatura nos da por resultado la siguiente ecuación:

V = YVo(T-To)

Donde:

V: Volumen final

Y: Coeficiente de dilatación volumétrica

Vo: Volumen inicial

T: Cambio de temperatura

To: Temperatura inicial 

Dilatación de los fluidos

En un cuerpo sólido, un trozo de metal por ejemplo, los átomos se encuentran en constante movimiento vibratorio alrededor de sus puntos de equilibrio. Cuando se incrementa la temperatura del cuerpo, aumenta la vibración de los átomos y, por consiguiente, se intensifica también la distancia entre ellos, ocasionando la dilatación del cuerpo. Los gases y los líquidos del mismo modo se dilatan cuando aumenta su temperatura; por ejemplo: el mercurio presenta una dilatación uniforme.

    A diferencia de la mayor parte de las sustancias, el agua (líquido) aumenta su volumen cuando se transforma en hielo (sólido).

Dilatación irregular del agua

Aparentemente el agua se comporta normalmente, pero una propiedad excepcional es que alcanza su máxima densidad a una temperatura próxima y arriba del punto de fusión. La densidad del agua a 4 ºC es de 1.0 g/cm^3, mientras que a los 0 ºC (punto de fusión) es de 0.9 g/cm^3 en su forma sólida, es decir, convertida en hielo. El agua ocupa 10% más espacio en forma de hielo que en estado líquido. 

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TEMPERATURA: Generalidades sobre la temperatura

Un cuerpo en movimiento tiene energía cinética. A éste tipo de energía cinética se le conoce como calor. Entre más movimiento tienen las moléculas, el cuerpo adquiere más temperatura. 

Casi siempre, la temperatura de un cuerpo es confundida con el calor, sin embargo son dos conceptos diferentes. La temperatura es una magnitud escalar relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética" que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea un sentido traslacional, rotacional o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor. 

Equilibrio térmico

Es el estado en el que se igualan las Temperaturas de dos cuerpos en cuyas condiciones iniciales tenian diferentes temperaturas. Al igualarse las Temperaturas se suspende el flujo de calor, el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico. 

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Escala Fahrenheit

Representado como "ºF", es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit. La escala establece como las temperaturas de congelación y ebullición del agua, 32 ºF y 212 ºF, respectivamente. 

Escala Celsius o Centígrado

Representado como "ºC"; es la unidad termométrica cuya intensidad calórica corresponde a la centésima parte entre el punto de fusión del agua y el punto de su ebullición en la escala que fija Anders Celsius, el valor de 0ºC para el punto de fusión y el de 100ºC para el punto de ebullición. 

Escala Absoluta

Es es valor de la temperatura medida al respecto a una escala que comienza en el cero absoluto. Se trata de uno de los principales parámetros empleados en termodinámica y mecánica estadística. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en grados Kelvin y se simboliza "ºK", creado por William Thomson "Lord Kelvin". 

Transformaciones entre las 3 escalas

Fórmulas de conversión de temperaturas Fahrenheit
De	a	Fórmula
Fahrenheit	Celsius
Celsius	Fahrenheit
Fahrenheit	Kelvin
Kelvin	Fahrenheit	F = 9/5 K - 459,58
Fahrenheit	Rankine
Rankine	Fahrenheit
Réaumur	Fahrenheit

LÍQUIDOS EN MOVIMIENTO 

FLUJO Y GASTO

En un fluido en movimiento, cuando la velocidad de las partículas de dicho fluido es constante a través del tiempo en cualquier punto del mismo, se le conoce como flujo a régimen permanente o laminar, es decir, cualquier partícula que pase por un determinado punto tiene la misma velocidad, sin importar el momento en que pase por ahí. Más sin embargo, cuando la velocidad es un punto del fluido cambia a través del tiempo se le conoce como flujo intermitente.

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

La ecuación de continuidad muestra que el gasto másico (pAV) tiene el mismo valor en cualquier punto de un tubo o conducto que sólo tenga un punto de entrada y otro de salida para el flujo del fluido y se puede calcular:

p1A1V1 = p2A2V2 

La densidad de un fluido incomprensible no varía durante el flujo, por lo tanto las densidades de entrada y salida son las mismas, es decir p1 = p2 lo que representa el volumen de un fluido que pasa por un tubo o conducto casa segundo (gasto volumétrico, Q = AV) y se simplifica: 

A1V1 = A2V2

PRINCIPIO DE BERNOULLI

También denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli y expresa que en un fluido ideal en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido consta de 3 componentes:

Cinética: Es la energía debida a la velocidad que posea un fluido

Potencial gravitacional: Es la energía debido a la altitud que un fluido posea

Energía de flujo: Es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee

Ecuación: P1 + 1/2 PV1^2 + Pgh = P2 + 1/2 PV2^2 + Pgh2 

Donde:

P: presión 

V: velocidad del fluido 

P: densidad del fluido

g: aceleración gravitatoria

h: altura 

TEOREMA DE TORRICELLI 

Es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio. "La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio" . La ecuación se representa:

Donde:

Vt: Es la velocidad teórica del líquido a la salida del orificio

vo: Es la velocidad de aproximación inicial

h: Es la distancia desde la superficie del líquido al centro del orificio

g: Es la aceleración de la gravedad

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Enunciado por Arquímedes de Siracusa, que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (N) y se formula de la siguiente manera: 

|E| = mg = pgV 

Donde:

E: Empuje

p: densidad del fluido

g: aceleración de la gravedad

V: volumen del fluido desplazado

m: masa

PRINCIPIO DE PASCAL

Cuando se aplica presión en alguna parte de un líquido confinado, éste se comprime en forma ligera y distribuye uniformemente la presión por todo el interior, es decir, cualquier aumento en la presión sobre la superficie de un fluido será transmitido a todos los puntos del mismo. 

El principio de Pascal, o ley de Pascal, enunciada por el físico matemático Blaise Pascal, y enuncia que la presión ejercida por un fluido incomprensible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. Es decir, indica que si existe un cambio en la presión aplicada a un fluido contenido completamente en un recipiente, se transmite sin que disminuya su valor a todas las partes del fluido y a las paredes que lo contienen, por lo tanto: 

F1/A1 = F2/A2 

PRESIÓN Y PRESIÓN HIDROSTÁTICA

El concepto de presión tiene en cuenta la fuerza, así como el área de sección transversal sobre la que actúa dicha fuerza. La presión P es la magnitud de la fuerza F que actúa perpendicularmente a una superficie, dividida entre el área A de sección transversal donde la fuerza actúa. 

P = F/A

En el SI la presión se mide en N/m^2, lo que equivale a un Pascal (PA). 

Un fluido en reposo pesa y ejerce presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Se calcula mediante la siguiente expresión:

P = pgh

Donde: 

P: la presión hidrostática

p: densidad del líquido

g: aceleración de la gravedad

h: altura del fluido

DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO

La densidad es una magnitud escalar. En un fluido, es un factor que determina su comportamiento como tal. Se representa por la letra griega rho (p) y refiere a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. 

La densidad de un gas es menos, ya que sus moléculas se encuentran muy separadas entre sí; en los líquidos y sólidos las moléculas están mucho más próximas entre sí, por lo tanto, tienen densidades mayores. 

La densidad relativa de una sustancia es la razón entre la densidad de un material y la densidad del agua, y es dimensional. La densidad del agua químicamente pura es aproximadamente igual a 1000 kg/m^3 o 1 g/cm^3. 

Otro aspecto importante a considerar en los líquidos es su peso específico, el cual es el peso de la unidad de volumen de dicho líquido y se mide en N/m^3 (SI) o Ib/ft^3 (Sistema Inglés). Debido a que el volumen de una molécula no puede ser ocupado al mismo tiempo por otra, su equilibrio con las demás está condicionado por su peso y su volumen.

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HIDRÁULICA

La rama de la física que estudia el comportamiento y las propiedades de los fluidos en general es la hidráulica y la mecánica de los fluidos. 

Características de los líquidos

Los fluidos pueden dividirse en líquidos y gases. Los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, mientras que una masa dada de gas se expande hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga. 

Viscosidad: Se define como la resistencia o fricción interna que se ofrece a un objeto que se mueve en el seno de un fluido. 

Tensión superficial: Es el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas desde el interior del líquido hasta la superficie, provocando que ésta se comporte como una delgada película elástica. 

Cohesión: Es cuando las moléculas de una misma sustancia se mantienen unidas unas con otras debido a la fuerza que existe entre ellas. 

Adhesión: Es la fuerza de atracción que se presenta entre las moléculas de sustancias diferentes.

Capilaridad: Es un fenómeno que se presenta cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas de cohesión.

EXPERIMENTOS DEL LIBRO FÍSICA 2

Densidad

La densidad de un fluido es un factor que determina su comportamiento como tal; se denota por la letra griega rho (p) y se calcula por la masa de una sustancia dividida entre su volumen V; su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el Kg/m^3.

p = m/V

Cuando un objeto se introduce en un líquido, flota o se hunda, dependiendo de su densidad; si el objeto tiene una densidad mayor a la del líquido en el que se sumerge, se hundirá; por otra parte, si la densidad del objeto es menor a la del líquido, entonces flotará; por último, si es igual, permanece suspendido en el líquido. 

Ejemplo:

Presión atmosférica

Todas las personas nos encontramos bajo el efecto de la atmósfera terrestre, la cual es un fluido que empuja el cuerpo hacia abajo. Este aire que forma la atmósfera es lo suficientemente grande para generar una presión de 1.013 x 10^5 Pa o 147.70 Psi, ambas medidas al nivel del mar. A este valor de la presión se le denomina presión atmosférica. 

Ejemplo: