ACELERACIÓN ANGULAR

Tal como en el movimiento lineal o rectilíneo, el movimiento circular puede ser uniforme o acelerado. La rapidez de rotación puede aumentar o disminuir debido a la influencia de un momento de torsión resultante. La aceleración angular se define como la variación de la velocidad angular con respecto al tiempo, su ecuación es:

α= (ωf – ωi) / t

donde: 

α (alfa) : velocidad angular, rad / seg2 

ωf : velocidad angular final rad / seg

ωi : velocidad angular inicial rad / seg

t : tiempo transcurrido en seg

Cuando se conoce la velocidad angular inicial y final, se puede expresar la velocidad angular media en términos de sus valores inicial y fina.

Con esta ecuación se obtiene una expresión más útil para el desplazamiento angular.

VELOCIDAD ANGULAR

A la razón del cambio del desplazamiento angular al tiempo transcurrido se le denomina velocidad angular, su ecuación es la siguiente:

ω= Θ / t

El símbolo  se usa para denotar la velocidad angular, esta se puede expresar en revoluciones por minuto (rev/min) o revoluciones por segundo (rev/s), en las solución de situaciones de física  se hace necesario usar radianes por segundo (rad/seg) lo cual permite adaptarse a formulas mas convenientes.

DESPLAZAMIENTO ANGULAR

El desplazamiento angular es la distancia recorrida por una partícula en una trayectoria circular, y se expresa frecuentemente en radianes (rad), grados (°) y revoluciones (rev); es conveniente expresar toda rotación en radiane. El radián (rad) es una unidad de medida angular, así como el metro es la unidad de medida lineal.


Se define el radian como el angulo subtendido por el arco del circulo cuya longitud es igual al radio del mismo circulo.

Si observamos la figura la distancia d, medida a lo largo del arco, es igual al radio r y el ángulo es igual a un radián.

Debido a que la circunferencia entera es 2π veces el radio r, hay 2π radián en un circulo completo.

Es decir, 1 rev= 2π rad = 360°  ∴   1 rad =  360°/2π =  57.3°

De las relaciones anteriores se deduce que el ángulo Θ en radianes, en cualquier punto sobre la circunferencia de un círculo, está dado por d, la longitud del arco entre los dos puntos, dividida por el radio r, su ecuación es la siguiente:

angulo en radianes es igual = longitud del arco / radio

Θ= d/r

El  radián como unidad no tiene dimensiones. El radián es la relación entre dos longitudes, y por lo tanto tiene el mismo valor en todos los sistemas de unidades. Es por esta razón que se puede eliminar o agregar en los resultados donde sea necesario.

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME

Es el movimiento que realiza un objeto cuya trayectoria es una circunferencia, y sucede que puede tener rapidez constante, pero su velocidad cambia a cada instante debido a que la velocidad es un vector.

En algún  momento dado el objeto puede seguir la trayectoria de la velocidad y se ira en linea recta, debido a que su movimiento es tangente, o sea, perpendicular al radio del circulo.

RECORDAR LO SIGUIENTE

EN LA SOLUCIÓN DE EJERCICIOS DE LA LEY DE LOS GASES RECORDAR LO SIGUIENTE:

* TOMAR EN CUENTA EL ESTADO INICIAL DEL GAS: PRESIÓN, TEMPERATURA ( K )  Y VOLUMEN.

* UNIDADES DE MEDIDA EN LA QUE SE TRABAJA.

De presión:

1Pa= J/m3=N/m2=Kg/m.s2
1atm= 76 cm de Hg= 760 mm de Hg
1atm= 101300 Pa

De volumen

1 m3= 1 000 000 cm3 = 1 000 000 000 mm3
1 litro = 1000 ml = 1000 cm3
1 mol = 22.4 litros


* FORMULAS DE LA LEY DE LOS GASES.

R=8.314472 J/mol.K
numero de avogadro N= 6.023 X 10 23

ANIMACIONES DE LA LEY DE LOS GASES

ANIMACIONES DE LA LEY DE CHARLES CREADAS POR LOS ALUMNOS DE 6 "A" DE PROGRAMACIÓN.


LEY DE CHARLES EQUIPO NO. 6: Aguilar Contreras Anel Hefzi, Chaparro Montes Cynthia Patricia, Díaz Cervantes Andrea Itzel, Hernández Villa Alejandro, Uscanga Barcelata Gabriel Josué.

LEY DE GAY LUSSAC, EQUIPO NO. 6:

                                       



LEY DE BOYLE-MARIOTTE EQUIPO NO. 4: Gasca García Diane Marssel, Jiménez Cruz Oscar, Malaga Cervantes Aracely Alejandra, Salvador Cíntora Luis Eduardo, Sosa Martínez Enrique.

                                     

LEYES DEL ESTADO GASEOSO

ABRIR EXPLICACIÓN ANIMADA EN EL SIGUIENTE LINK:

LEY DE BOYLE-MARIOTTE

LEY DE CHARLES

Ejercicios ley de Boyle-Mariotte.

1.- Si tenemos 10 moles de un gas en condiciones normales, ¿A cuánto equivale en litros?

2.- Una masa gaseosa con un volumen de 100cm³, está sujeta a una presión de 76 cm de Hg. ¿Cuál será su volumen, si la presión aumenta a 90cm de Hg?

3.- 500 ml de gas se encuentran a 2 atm de presión si la temperatura se mantiene constante ¿Cuál es el volumen de la muestra a una presión de a) 1 atm b) 5 atm c) 0.500 atm?

4.- A presión de 17 atm, 34 L de un gas a temperatura constante experimenta un cambio ocupando un volumen de 15 L ¿Cuál será la presión que ejerce?

5.- ¿Qué volumen ocupa un gas a 980 mm de Hg, si el recipiente tiene finalmente una presión de 1,8 atm y el gas se comprime a 860 cm³?

6.- Disponemos de una muestra de un gas que cuando a la temperatura de 200 ºC se ejerce sobre él una presión de 2,8 atm, el volumen es 15,9 L. ¿Qué volumen ocupará si, a la misma temperatura, la presión bajase hasta 1 atm?

Ejercicios ley de Charles

1.- A presión atmosférica un volumen ocupado por un gas es de 15 litros. A una temperatura de 25 ºC, Si se disminuye la temperatura a - 15 ºC ¿cuál será el volumen final que ocupa?

2.- Una cantidad de gas a 20 ºC y 1 atm de presión, ocupa un volumen de 200 ml. ¿Qué volumen final ocupará a -40ºC si se mantiene la presión constante?

3.- Una muestra de gas tiene un volumen de 400 ml. a 23 ºC de temperatura ¿cuál será el volumen de la muestra cuando la temperatura cambia a 110 ºC, si se mantiene la presión constante?

4.- Una muestra de gas Argón tiene al inicio un volumen de 3 litros a 10 ºC, si se mantiene constante la presión, ¿a qué temperatura deberá encontrarse la muestra de gas para que su volumen sea tan solo 300 ml.?

5.- Si se tiene un gas a una temperatura de 25 ºC y con un volumen de 70 ml. a una presión de 586 mmHg. ¿Qué volumen ocupará este gas a una temperatura de 0ºC si la presión permanece constante?

6.- Una masa de nitrógeno gaseoso ocupa un volumen de 0.03 litros a una temperatura de 23 ºC y una presión de de una atmosfera, ¿Cuál será la temperatura absoluta si el volumen que ocupa es de 0.02 litros a la misma presión?

CAMBIOS DE FASE, CALOR LATENTE DE FUSIÓN Y VAPORIZACIÓN

Cambio de Fase.

Es un hecho bien conocido que en la naturaleza las sustancias se presentan en tres fases diferentes, denominadas fase solida, fase liquida y fase gaseosa.

La presión y temperatura que se aplican a una sustancia determinara en qué fase puede presentarse. Así pues el hierro que en las condiciones ambientales se halla en estado sólido, se podrá volver liquido conforme su temperatura se eleve; el agua, que normalmente es liquida, podrá convertirse en gas por elevación de su temperatura.

Cuando una sustancia pasa de una fase a otra, decimos que sufre un cambio de fase o un cambio de estado físico.

Los cambios de fase que pueden ocurrir en una sustancia son los siguientes:

Fusión: cambio de estado sólido a líquido por un aumento de calor.

Vaporización: cambio de líquido a gaseoso por un aumento de calor.

Condensación: es el paso del estado gaseoso a líquido al sustraer calor.

Solidificación: es el paso del estado líquido al solido al sustraer calor.

Sublimación: es el paso del estado sólido al gaseoso o viceversa, sin pasar por el estado líquido, por aumento o disminución de calor.

La sublimación se hace presente en el ciclo del agua, que puede encontrarse en estado sólido (hielo), líquido (los océanos) o gaseoso (vapor). El ciclo hidrológico se desarrolla a partir de la radiación del sol y de la fuerza gravitatoria: el sol hace que el agua de los océanos se transforme en vapor y pase a la atmósfera, hasta que vuelve a sus fases líquidas o sólidas a través de las precipitaciones (lluvia, nieve). El agua también llega al estado gaseoso por la sublimación de su estado sólido.

Calor latente.

Todas las sustancias requieren de cierta cantidad de calor para que sus moléculas obtengan mayor cantidad de energía, de manera que equilibren sus fuerzas de repulsión  lo que significa que sus fuerzas de repulsión sean mayores que las fuerzas de atracción, y la sustancia liquida pase a la fase gaseosa.

La expresión calor latente significa que permanece en espera de recibir más calor para efectuar su cambio de fase, aunque no se incremente la temperatura, ya que durante el cambio no se registra una variación.

Calor latente de fusión.

Para que el agua efectué un cambio de fase, debe absorber 80 cal por cada gramo (la misma cantidad se requiere para que el agua se funda o se solidifique).

Esto es, específicamente, el calor latente de fusión para el agua, así como el agua necesita esa cantidad de calorías, otro gramo de cualquier otra sustancia necesitaría una cantidad distinta de calorías para efectuar un cambio de fase.

El calor latente de fusión de una sustancia es la cantidad de calor que requiere un gramo de solido para convertirse en un gramo de líquido sin variar su temperatura, su ecuación es la siguiente:

E1)   Lf=Q/m  

Donde:

Q= cantidad de calor suministrado, en cal

Lf=calor latente de fusión, en cal/g

m=masa de la sustancia

por lo tanto el calor suministrado es  

E2)   Q=mLf

Escenario 1.- ¿Qué cantidad de calor requieren 100g de hielo a -15°C para cambiar a agua, a 0°C?

Datos

Q1=?

Q2=?

QT=?

m= 100g

Ti=-15°C

Tf=0°C

Lf=80cal/g

Formula y desarrollo (Resuelve en base a lo que se indica)

a)    Primero debemos encontrar cuantas calorías se necesitan para pasar de     -15°C a 0°C, mediante la fórmula de cantidad de calor (Q). Q₁=Q

Q1= (100g)(0.50cal/g°C)(0°C-(-15°C)

Q1=750cal.

b)     Para que el hielo se funda se aplica la formula Q=m.Lf que se obtiene de la ecuación E2 entonces Q₂₌Q

Q2=(100g)(80cal/g)

Q2=8000

c)   Por último el calor total (QT) requerido es la suma de Q₁+Q₂, entonces QT=Q₁+Q₂=8750 cal

Calor latente de vaporización.

El calor de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para cambiar 1g de líquido en ebullición a 1g de vapor, manteniendo constante su temperatura.

E3) Lv=Q/m

Donde:

Lv= calor latente de vaporización, en cal/g

Q= cantidad de calor en cal

m= masa de la sustancia, en gramos

Escenario 2.- Determinar el calor que hay que suministrar para convertir 1g de hielo a -20 ºC en vapor a 100ºC. Los datos son los siguientes:

1. Calor específico del hielo c_h=2090 J/(kg K)
2. Calor de fusión del hielo  L_f=334·10³ J/kg
3. Calor específico del agua c=4180 J/(kg K)
4. Calor de vaporización del agua L_v=2260·10³ J/kg

Graficar respuestas.

Etapas:

1. Se eleva la temperatura de 1g de hielo de -20ºC a 0ºC

Q₁=0.001·2090·(0-(-20))=41.8 J

2. Se funde el hielo

Q₂=0.001·334·10³=334 J

3. Se eleva la temperatura del agua de 0º C a 100 ºC

Q₃=0.001·4180·(100-0)=418 J

4. Se convierte 1 g de agua a 100ºC en vapor a la misma temperatura

Q₄=0.001·2260·10³=2260 J

El calor total Q=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=3053.8 J.

EJERCICIOS CALOR ESPECIFICO Y CANTIDAD DE CALOR

EJERCICIOS PARA ENTREGAR EL DÍA 11/02/2014

Temas de física.

Ejercicios calor y calor especifico.

1.- ¿Cuál es la cantidad de calor necesaria para que 2 kg de plomo eleven su temperatura de 20 °C a 100 °C?

2.- Calcular el calor que debe suministrarse a 300 g de cobre para elevar su temperatura de -8 °C a 122 °C.

3.-Si 30 g de mercurio absorben 600 cal al descender su temperatura a 50 °C. ¿Cuál es su temperatura inicial?

4.-Calcular el calor especifico de una masa de 30g que absorbe 7.5 Kcal al aumentar su temperatura de 45 °C a 140 °F.

5.- Si a una temperatura de 40 K una masa de 10 g de latón requiere de 0.4 Kcal, ¿Cuál será su temperatura final?

6.- ¿Cuántas calorías de calor son necesarias para aumentar la temperatura de 3.0 kg de aluminio de 20°C a 50°C.

7.- La temperatura de una barra de plata aumenta 10 °C cuando absorbe 1.23 kJ de calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico de

la plata.

8.- ¿Qué cantidad de calor necesita absorber un trozo de cobre cuya masa es 25g si se encuentra a una temperatura de 8ºC y se desea que alcance una temperatura final de 20ºC? 

9.- ¿Cuánto calor necesitan 255g de agua para llegar para convertirse en vapor, si se encuentra a una temperatura de 20ºC? 

10.- ¿Cuánto calor necesitaría absorber un trozo de hielo de 420g para convertirse en un líquido de 20ºC si se encuentra a una temperatura de -20ºC? 

MAPA CONCEPTUAL TERMODINAMICA

CANTIDAD DE CALOR Y CALOR ESPECIFICO

La cantidad de calor (Q) recibida o cedida por un cuerpo se calcula mediante la siguiente fórmula:

Q=mCe(Tf-Ti)

En donde:

Q es la cantidad de calor en cal 

m es la masa del cuerpo, en g.

Ti es la temperatura inicial, en °C.

Tf es la temperatura final, en °C

Si (Ti < Tf) el cuerpo recibe calor Q > 0  de lo contrario si (Tf < Ti) el cuerpo cede calor Q < 0

Ce es calor específico, en cal/g°C; el cual se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de una sustancia para elevar su temperatura  1°C. Despejando la formula obtenemos Ce.

Ce=Q/(mΔT)

Materiales diferentes requieren cantidades diferentes para elevar su temperatura un número específico de grados.

TERMODÍNAMICA

Termodinámica

Estudia la transformación de la energía térmica en energía mecánica así como en el proceso inverso, la conversión de trabajo en calor. La energía térmica es aquella que posee un cuerpo en virtud de su movimiento energético. La energía térmica tiene que ver con todos los aspectos de la vida diaria, desde cocinar los alimentos hasta calentarse las manos.

La termodinámica tiene dos aspectos fundamentales: el calor y la temperatura.

La temperatura es una magnitud, mide el promedio de la energía térmica o interna de un cuerpo o sustancia, que comprende el movimiento irregular y desordenado de las moléculas, energía cinética y potencial. Por ejemplo cuando dos cuerpos se ponen en contacto se transfiere energía térmica, cuya intensidad dependerá de la cantidad de las moléculas contenidas en la sustancia (masa). Entre más moléculas contiene un cuerpo, mayor es su energía térmica.

La energía térmica es la suma de las energías cinética y potencial interna de un cuerpo o sustancia.

El calor es energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una variación de temperatura, es la energía térmica absorbida o liberada cuando existe un cambio de temperatura. 

El calor es un mecanismo por el cual se transfiere energía entre un sistema y otro debido a la diferencia de temperatura entre ellos.

La energía térmica se transfiere de un cuerpo a otro, siempre del más caliente al más frió. Si el contacto dura un tiempo suficiente, los dos cuerpos  alcanzaran  la misma; se dice entonces que han alcanzado el equilibrio térmico.

CANTIDADES ESCALARES Y VECTORIALES

Algunas cantidades se pueden describir únicamente con un numero y una unidad; por ejemplo las magnitudes de superficie, volumen, masa, longitud, tiempo, reciben el nombre de magnitudes escalares.

Por definición una magnitud escalar es aquella que se denota con una cantidad expresad en numero y la unidad de medida.

Existe otra clase de magnitud que para definirlas, ademas de la cantidad y el nombre de la unidad de medida, se necesita indicar claramente la dirección y sentido en que actúan; estas magnitudes reciben el nombre de magnitudes vectoriales, por ejemplo cuando se habla de la fuerza que debe aplicar a un cuerpo, pues aparte de señalar su valor se debe especificar si la fuerza se aplicara hacia arriba o hacia abajo, a la derecha o a la izquierda, hacia el frente o hacia atrás.

Una magnitud vectorial se denota por su origen, magnitud, dirección y sentido. Con un numero, una unidad y una orientación angular.

Una magnitud vectorial puede ser representada gráficamente por una flecha llamada vector, la cual es un segmento de recta dirigido. Para simbolizar una magnitud vectorial se traza una flechita horizontal sobre la letra que la define.

FISÍCA

La física es la ciencia que estudia la materia, energía, tiempo y espacio; las relaciones e interacciones que dan entre estos elementos.

Explica los fenómenos de la naturaleza, ya sean simples o complejos tienen su fundamento y explicación en el campo de la física; esta ciencia nos da la posibilidad de comprender cada vez mejor los cambios del universo y mejorar nuestras condiciones de vida.

La física en una ciencia experimental basada en las observaciones y medidas de los fenómenos físico por ende hace uso del método científico.

Por ser una ciencia experimental requiere de datos cuantificables es por esto que utiliza las magnitudes; una magnitud es todo aquello que puede ser medido, por ejemplo las dimensiones de un cuerpo tales como: la longitud, ancho, alto, masa. Medir es comparar una magnitud con otra de la misma clase. La magnitud de una cantidad física esta dada por un numero y una unidad de medida. La unidad es precisamente lo esencial y el numero expresa la magnitud.