La temperatura
La temperatura es la medida de la energía térmica de una
sustancia. Se mide con un termómetro. Las escalas más empleadas para medir esta
magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin.
1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin
está a - 273 ºC.
En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0 ºC) a la
temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la temperatura de
ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100
partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado.
En la escala Kelvin se asignó el 0 a aquella temperatura a
la cual las partículas no se mueven (temperatura más baja posible). Esta
temperatura equivale a -273 ºC de la escala Celsius.
Para convertir ambas temperaturas, tenemos que tener en
cuenta que:
T (K) = t(ºC) + 273
Calor y equilibrio térmico
Cuando dos cuerpos a distintas temperaturas se ponen en
contacto, terminan igualando sus temperaturas. Entonces se dice que se ha
alcanzado el equilibrio térmico.
Cuando dos sistemas entran en contacto, las partículas con
mayor energía cinética transfieren, mediante choques, parte de su energía a las
restantes partículas, de manera que al final la energía cinética media de todo
el conjunto es la misma.
Cuando dos sistemas en desequilibrio térmico entran en
contacto, el de mayor temperatura transfiere energía térmica al de menor
temperatura hasta conseguir el equilibrio térmico.
El calor es la transferencia de energía desde un cuerpo que
se encuentra a mayor temperatura hasta otro de menor temperatura. Cuando ambos
cuerpos igualan sus temperaturas se detiene la transmisión de energía.
Termodinamica
La termodinamica puede definirse como el tema de la Física
que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como
trabajo.
Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se
transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una
transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor
temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.
El calor se define como una transferencia de energía debida
a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia
de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.
La temperatura es una medida de la energía cinética media de
las moléculas individuales. El calor es una transferencia de energía, como
energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura.
La energía interna (o térmica) es la energía total de todas
las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación,
rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía
potencial entre moléculas. Para mayor claridad, imaginemos dos barras calientes
de un mismo material de igual masa y temperatura. Entre las dos tienen el doble
de la energía interna respecto de una sola barra. Notemos que el flujo de calor
entre dos objetos depende de sus temperaturas y no de cuánta energía térmica o
interna tiene cada uno. El flujo de calor es siempre desde el objeto a mayor
temperatura hacia el objeto a menor temperatura.Primera Ley de la Termodinamica
Esta ley se expresa como:
Eint =
Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado
(Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W)
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación
se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en
un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero
podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado
por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al
levantar el émbolo contra la presión atmosférica.
Segunda Ley de la Termodinamica
La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin
embargo, podemos imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero
que realmente no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a
uno frío, el calor pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que
puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se cumpliría la
primera ley.
En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos
procesos inversos no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la
segunda ley de la termodinamica, que tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck : Es imposible construir una máquina térmica
que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía
desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo.
Enunciado de Clausius: Es
imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia
continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de
energía por trabajo.
Fluídos:
Se llaman fluidos al conjunto de sustancias donde
existe entre sus moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma,
lo que ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza
aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del
recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases
carecen tanto de volumen como de forma propios. Las moléculas no cohesionadas
se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases.
Es la parte de la física que estudia la acción de los
fluidos en reposo o en movimiento, tanto como sus aplicaciones y mecanismos que
se aplican en los fluidos.Es la parte de la mecánica que estudia el
comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento
(Hidrodinámica). Esta es una ciencia básica de la Ingeniería la cual tomó sus
principios de las Leyes de Newton y estudia la estática, la cinemática y la
dinámica de los fluidos.
HIDROSTATICA:
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la
hidráulica, que estudia los fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que
existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas
que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el
principio de Arquímedes.
En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una
ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que
se resume en la frase: “el incremento de presión aplicado a una superficie de
un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se
transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo”. Es decir que
si en el interior de un líquido se origina una presión, estas se transmiten con
igual intensidad en todas direcciones y sentidos. En el sistema internacional,
la unidad de presión es 1 Pascal (Pa), que se define como la fuerza ejercida
por 1 newton sobre la superficie de 1 metro cuadrado.
PRESION HIDROSTATICA:
Un fluido 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, en
fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la
superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las
caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no
serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende
de la densidad del líquido en cuestión
