Conceptos Fundamentales de Estados de la Materia, Fluidos y Termodinámica
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Estados de la Materia y Mecánica de Fluidos
¿Cuáles son los estados de agregación de la materia?
Sólido, líquido, gas, plasma.
Tienen una forma y volumen definido, son capaces de soportar y transmitir esfuerzos (tensión, compresión, corte, etc.).
Sólido.
Son capaces de fluir (porque varían su forma fácilmente), son relativamente incompresibles, tienen volumen definido y adoptan la forma del recipiente que los contiene.
Líquido.
Se comprimen con facilidad, ocupando todo el recipiente que los contiene y también se consideran fluidos.
Gases.
Es un gas en el cual los átomos que lo componen están ionizados a muy altas temperaturas, esto significa que de los átomos que lo forman se han separado los electrones.
Plasma.
Estudia los fluidos en reposo o sin movimiento.
Hidrostática.
El término fluido incluye a:
Líquidos y gases.
Es la razón de la masa con respecto al volumen, no tiene propiedades direccionales y es por lo tanto una cantidad escalar.
Densidad (ρ).
Son las unidades en que se mide la densidad, escribe las del SI (Sistema Internacional).
kg/m³.
Son las unidades en que se mide la densidad, en el sistema CGS.
g/cm³.
Es la fuerza dividida por unidad de área.
Presión.
Es la representación algebraica de la presión.
P = F / A.
Escribe las unidades para medir la presión en el SI.
Pascal (Pa).
Escribe las unidades a las que es equivalente un Pascal (Pa).
N/m².
Escribe las unidades para medir la presión en el Sistema Inglés.
lb/pulg² (psi).
Es la presión debida al peso de fluido que se encuentra por encima de un nivel de profundidad determinado.
Presión hidrostática.
Es la representación algebraica de la presión hidrostática.
P = ρgh (donde ρ es la densidad del fluido, g la aceleración de la gravedad y h la profundidad).
Es el principio que establece que un líquido encerrado en varios recipientes conectados por la parte inferior y abiertos a la atmósfera tendrá siempre la misma altura sin importar la forma de los recipientes.
Principio de los vasos comunicantes.
Es la presión debida al peso de la capa de aire que "pesa" sobre nosotros.
Presión atmosférica (Patm).
Es el valor de la presión atmosférica medida al nivel del mar (en Pa).
101,325 Pa.
Es el valor de la presión atmosférica medida al nivel del mar (en psi).
14.7 psi.
Es el valor de la presión atmosférica medida al nivel del mar (en hPa).
1013 hPa (hectopascales).
Es el valor de la presión atmosférica medida al nivel del mar en mbar (milibares).
1013 mbar.
Es la presión que se mide con respecto a la presión atmosférica en instrumentos llamados manómetros.
Presión manométrica (Pman).
Es la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica (o hidrostática relativa).
Presión absoluta (Pabs).
Es la representación algebraica de la presión absoluta.
Pabs = Patm + Pman.
Instrumento inventado por Evangelista Torricelli para medir la presión atmosférica.
Barómetro.
Enunciado que dice: "El cambio de presión, en cualquier punto de un fluido encerrado y en reposo, se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido y actúa en todas direcciones".
Principio de Pascal.
Es una representación algebraica de una consecuencia del Principio de Pascal (diferencia de presión con la profundidad).
P₂ - P₁ = ρgh.
Enunciado que dice: "Un cuerpo sumergido total o parcialmente dentro de un fluido, recibe una fuerza de empuje (ascendente) igual al peso del fluido que desaloja".
Principio de Arquímedes.
Es una representación algebraica del Principio de Arquímedes (fuerza de empuje E).
E = ρVg (donde ρ es la densidad del fluido, V el volumen de fluido desalojado y g la aceleración de la gravedad).
Temperatura, Calor y Termodinámica
Es la variable que determina el equilibrio térmico entre los sistemas.
Temperatura.
Teoría que establece algunos aspectos como:
- a) Un gas está constituido por partículas muy pequeñas.
- b) Las fuerzas de atracción entre esas partículas son muy pequeñas.
Teoría cinética molecular.
Es el nombre que le damos a la medida de la energía cinética promedio que poseen las partículas de una sustancia.
Temperatura.
Nombre que se le da a las propiedades de las sustancias que cambian con la temperatura, como volumen, color, resistencia eléctrica, etc.
Propiedades termométricas.
Instrumento diseñado para medir la temperatura.
Termómetro.
Fenómeno en que se basan los termómetros de mercurio o alcohol.
Dilatación térmica.
Es el punto de congelación del agua en la escala Celsius.
0 °C.
Es el punto de congelación del agua en la escala Fahrenheit.
32 °F.
Es el punto de ebullición del agua en la escala Celsius.
100 °C.
Es el punto de ebullición del agua en la escala Fahrenheit.
212 °F.
¿Cuáles son las escalas de temperatura más utilizadas o más comunes?
Celsius (°C), Fahrenheit (°F) y Kelvin (K).
Nombre con que se le conoce a la expansión térmica de un sólido metálico largo y delgado como un alambre.
Dilatación lineal.
Nombre con que se le conoce a la expansión térmica de un líquido o un sólido en sus tres dimensiones.
Dilatación volumétrica.
Sustancia que presenta una anomalía en su dilatación en un rango de temperaturas de 0 °C a 4 °C.
Agua.
Es la transferencia de energía entre un sistema y su entorno, en virtud de una diferencia de temperatura entre ellos (Q).
Calor.
Definida como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 °C (de 14.5 °C a 15.5 °C) a 1 atmósfera de presión.
Caloría (cal).
La cantidad de calor necesaria para cambiar en un grado Celsius la temperatura de un kg (o gramo) de una sustancia se conoce como:
Calor específico (c).
Es la temperatura a la cual una sustancia se transforma de la fase líquida a la fase gaseosa o viceversa (a una presión dada).
Punto de ebullición.
Es la temperatura a la cual una sustancia se transforma de la fase sólida a la fase líquida o viceversa (a una presión dada).
Punto de fusión.
Es la cantidad de calor necesaria para que 1 kg de sustancia que se encuentra en su punto de fusión pase completamente de la fase sólida a la fase líquida (o viceversa). Durante el cambio de fase la temperatura permanece constante.
Calor latente de fusión (Lf).
Es la cantidad de calor necesaria para que 1 kg de sustancia que se encuentra en su punto de ebullición pase completamente de la fase líquida a la fase gaseosa (o viceversa). Durante el cambio de fase la temperatura permanece constante.
Calor latente de vaporización (Lv).
Transmisión de calor por contacto molecular directo, que se verifica principalmente en sólidos.
Conducción.
Transmisión de calor debida al desplazamiento de masa del fluido en virtud de una diferencia de densidades dentro de éste.
Convección.
Son las corrientes que se forman dentro de un fluido al subir el fluido que aumenta su temperatura (y disminuye su densidad) y bajar el fluido más frío a ocupar ese lugar.
Corrientes de convección.
Es el mecanismo de transmisión de calor mediante ondas electromagnéticas (como la luz infrarroja) que se emiten en forma continua por un cuerpo en virtud de su temperatura.
Radiación.
Es la suma de todas las energías cinéticas y potenciales que poseen los átomos y moléculas de un sistema.
Energía interna (U).
Es una ecuación que representa la conservación de la energía aplicada a procesos termodinámicos (Q: calor añadido, ΔU: cambio en energía interna, W: trabajo hecho por el sistema).
Primera ley de la termodinámica (Q = ΔU + W).
"El calor fluye espontáneamente de un cuerpo caliente a un cuerpo frío" es una forma de expresar la:
Segunda ley de la termodinámica.