Antologia de fisica

0). – INDICE. 0). – Indice ………………………………………………………………… 1 1). – Escalas de temperatura……………………………………………… 2 2). – Cambios provocados por el calor…………………………………… 3 3). – Dilatacion…………………………………………………………… 5 4). – Formas de transmision del calor……………………………………. 8 5). – Cantidad de calor…………………………………………………… 10 6). – Transferencia de calor……………………………………………… 14 7). – Ley de los gases………………. …………………………………… 15 8). – Ley General de los gases …………………………………………… 18 9). – Gases ideales…………………………………………. …. ………… 20 10). – Carga electrica…………………………………………. …………. 21 11). – Conservacion de la carga electrica…………………….. ………….. 3 12). – Formas de electrizacion…………………………………………… 24 13). – Campo electrico…………………………………………………… 26 14). – Potencial electrico…………………………………………………. 31 15). – Limitacion de carga en un conductor……………………………… 34 16). – Capacitor……………………………………………………………35 17). – Resistores en conexion paralela……………………………………. 41 18). – Resistores en conexion en serie……………………………………. 44 19). – Calculo de la capacitancia…………………………………………. 46 20). – ? Que es un iman?…………………………………………………………………… 47 21). – ? Cuantos tipos de imanes hay?………………………………………………… 8 22). – Tipos de imanes…………………………………………………… 49 23). – Constante dielectrica………………………………………………. 49 24). – Capacitores en serie y en paralelo…………………………………. 50 25). – Conclusion ………………………………………………………… 52 26). – Bibliografia ………………………………………………………… 53 1). – ESCALAS DE TEMPERATURA Partiendo de la diferencia de nivel que el mercurio toma, cuando se toma el

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termometro en el hielo fundente y cuando lo esta entre agua en ebullicion en condiciones normales de presion, por convencion, esta longitud por asi decirlo se expresa con distintas divisiones que dan origen a las diferentes escalas termometricas.

En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas esta la escala Celsius tambien conocida como escala centigrada, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin, la escala Ranking o la escala termodinamica internacional. En la escala Celsius, el punto de congelacion del agua equivale a 0°C, y su punto de ebullicion a 100 °C. Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo cientifico. La escala Fahrenheit se emplea en los paises anglosajones para medidas no cientificas y en ella el punto de congelacion del agua se define como 32 °F y su punto de ebullicion como 212 °F.

En la escala Kelvin, la escala termodinamica de temperaturas mas empleada, el cero se define como el cero absoluto de temperatura, es decir, ? 273,15 °C. La magnitud de su unidad, llamada kelvin y simbolizada por K, se define como igual a un grado Celsius. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto mas bajo es la escala Ranking, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala Ranking, el punto de congelacion del agua equivale a 492 °R, y su punto de ebullicion a 672 °R. En la escala Reaumur tambien se pone 0 en el punto de fusion del hielo, pero en el punto de ebullicion del agua se pone 0. En 1933, cientificos de treinta y una naciones adoptaron una nueva escala internacional de temperaturas, con puntos fijos de temperatura adicionales basados en la escala Kelvin y en principios termodinamicos. La escala internacional emplea como patron un termometro de resistencia de platino (cable de platino) para Temperaturas entre ? 190 °C y 660 °C. Desde los 660 °C hasta el punto de fusion del oro (1. 063 °C) se emplea un termopar patron: los termopares son dispositivos que miden la temperatura a partir de la tension producida entre dos alambres de metales diferentes.

Mas alla del punto de fusion del oro las temperaturas se miden mediante el llamado pirometro optico, que se basa en la intensidad de la luz de una frecuencia determinada que emite un cuerpo caliente. 1. 1 RELACIONES ENTRE LAS ESCALAS. Ya que la misma longitud, dilatacion entre los puntos fijos, se divide en diferentes clases de divisiones, es natural que esas divisiones no siendo iguales deben tener entre si una relacion matematica sencilla. En efecto, la misma longitud, comprende: 100 grados de Celsius; 80 grados de Reaumur; 180 grados de Fahrenheit; 100 grados Kelvin; 80 grados Rankine. De estas cifras, se desprende la siguiente proporcion: 100? C = 80? R = 180? F = 100? K = 180? RA. O lo que es lo mismo: 5? C = 4? R = 9? F = 5? K = 9? RA. 2). – CAMBIOS PROVOCADOS POR EL CALOR. 2. 1 AUMENTO DE TEMPERATURA. La temperatura de un cuerpo generalmente aumenta cuando se le suministra energia termica o calor. La cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de una sustancia es proporcional a la variacion de temperatura y a la masa de la sustancia: Q = c. m.? T donde c = calor especifico de la sustancia m = masa de la sustancia T = incremento de temperatura La temperatura mide la concentracion de energia y es aquella propiedad fisica que permite asegurar si dos o mas sistemas estan o no en equilibrio termico (cuando dos cuerpos estan a la misma temperatura), esto quiere decir que la temperatura es la magnitud fisica que mide cuan caliente o cuan frio se encuentra un objeto. La temperatura se mide en unidades llamadas grados, por medio de los termometros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la temperatura.

Temperatura es el promedio de la energia cinetica de las moleculas de un cuerpo. La relacion entre la temperatura y calor es que la temperatura mide la concentracion de energia o de velocidad promedio de las particulas y el calor energia termica en transito. La temperatura es independiente de la cantidad de sustancia, el calor en cambio depende de la masa, de la temperatura y del tipo de sustancia. El calor no solo es capaz de aumentar la temperatura o modificar el estado fisico de los cuerpos, sino que ademas puede moverlos y realizar un trabajo. ambien se expresa en calorias por gramo y grado centigrado. El calor especifico del agua es una caloria por gramo y grado centigrado, es decir, hay que suministrar una caloria a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centigrado. 2. 2 DILATACION: Se denomina dilatacion al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimension metrica que sufre un cuerpo fisico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio. Es debido a que las moleculas al incrementar su energia cinetica separan mas entre si. . 3 CAMBIO DE FASE. Una excepcion a lo anterior tiene lugar durante los cambios de fase: solido liquido gas En un cambio de fase la temperatura permanece constante. El calor necesario para fundir una sustancia (solido ===> liquido) es proporcional a la masa de la sustancia Q(f) = m. L(f) en donde L(f) se denomina calor latente de fusion (= calor necesario para fundir 1 kg de sustancia). De forma analoga, para un cambio de fase liquido ===> gas (vaporizacion), el calor requerido es Q(v) = m. L(v) n donde L(v) se denomina calor latente de vaporizacion (= calor necesario para vaporizar 1 kg de sustancia). 2. 4 VAPORIZACION Y CONDENSACION Es el cambio de estado de liquido a gaseoso. Constituyen dos procesos inversos de cambio de estado. La vaporizacion es el paso de una sustancia de la fase liquida a la fase de vapor o fase gaseosa. La condensacion es la transicion de sentido contrario. Cuando la vaporizacion se efectua en el aire recibe el nombre de evaporacion. La evaporacion afecta principalmente a las moleculas de la superficie del liquido.

Cada molecula de la superficie esta rodeada por un menor numero de sus companeras; ello hace que puedan vencer con mas facilidad las fuerzas atractivas del resto del liquido e incorporarse al aire como vapor. De ahi que cuanto mayor sea la superficie libre del liquido tanto mas rapida sera su evaporacion. El aumento de temperatura activa este proceso. Para cada valor de la presion exterior existe una temperatura para la cual la vaporizacion se vuelve violenta, afectando a todo el liquido y no solo a su superficie. Esta forma tumultuoso de vaporizacion se denomina ebullicion.

El punto de ebullicion de un liquido depende de las condiciones de presion exterior, siendo tanto mas elevado cuanto mayor sea esta. Todo proceso de vaporizacion implica la absorcion de calor por parte del liquido respecto del entorno. La cantidad de calor necesaria para transformar la unidad de masa de un liquido en vapor, a la temperatura de ebullicion, se denomina calor de vaporizacion lv. En el agua lv vale 540 cal/g o, en unidades S. l. : 22,57 · 105 J/kg. La condensacion como transicion de vapor a liquido se lleva a efecto invirtiendo las condiciones que favorecen la vaporizacion.

Asi, mientras que la disminucion de la presion exterior facilita la vaporizacion, la compresion del vapor formado facilita la condensacion; el aumento de temperatura de un liquido provoca su vaporizacion e, inversamente, el enfriamiento del vapor favorece su condensacion. Hay dos tipos de vaporizacion: la ebullicion y la evaporacion. La Ebullicion es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado liquido al estado de vapor. Para que ello ocurra debe aumentar la temperatura en toda la masa del liquido.

A la temperatura durante la cual se dice que un determinado liquido hierve se la llama punto de ebullicion. La diferencia entre la evaporacion y la ebullicion, es que en la evaporacion, el cambio de estado ocurre solamente en la superficie del liquido. Tambien se encuentra en que en una se necesita mayor cantidad de calor para que suceda la reaccion, y aparte una es un proceso quimico y otra fisico. Cuando se realiza una destilacion, para separar dos o mas liquidos de diferente punto de ebullicion, la temperatura permanece constante en el punto de ebullicion de cada uno de los liquidos que se desea separar de la mezcla.

La entalpia de vaporizacion o calor de vaporizacion es la cantidad de energia necesaria para que la unidad de masa (kilogramo, mol, etc. ) de una sustancia que se encuentre en equilibrio con su propio vapor a una presion de una atmosfera pase completamente del estado liquido al estado gaseoso. Fusion y solidificacion Cuando se le comunica calor a un solido cristalino, su temperatura aumenta progresivamente y al alcanzar un determinado valor se produce la transicion o cambio de fase del estado solido al liquido que denominamos fusion.

Si las condiciones de presion exterior se mantienen constantes, el cambio de fase se verifica a una temperatura fija o punto de transicion entre ambos estados, que se mantiene constante hasta que el solido se ha fundido totalmente. El calor que debe suministrarse a la unidad de masa de un solido para convertirlo en liquido a la temperatura de fusion se denomina calor de fusion lf. En el agua lf vale 80 cal/g o su equivalente en unidades S. l. : 3,34 · 105 J/kg. A nivel molecular la fusion se produce como consecuencia del derrumbamiento de la estructura cristalina.

El incremento de temperatura da lugar a un aumento en la amplitud de las vibraciones de las particulas en la red, que termina por romper los enlaces y producir la fusion. Una vez que se alcanza la energia de vibracion correspondiente a la temperatura de fusion, el calor recibido se emplea en romper nuevos enlaces, de ahi que se mantenga constante la temperatura durante el proceso. La solidificacion es la transicion de liquido a solido que se produce de forma inversa a la fusion, con cesion de calor.

Cualquiera que sea la sustancia considerada el punto o temperatura de transicion entre dos estados o fases de la materia es el mismo independientemente del sentido de la transformacion. La disminucion progresiva de la temperatura del liquido hace que en las proximidades del punto de solidificacion las fuerzas de enlace vayan imponiendo progresivamente su orden caracteristico. Sublimacion 3). – DILATACION. Se denomina dilatacion al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimension metrica que sufre un cuerpo fisico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio. . 1 DILATACION LINEAL El coeficiente de dilatacion lineal, designado por ? L, para una dimension lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y despues de cierto cambio de temperatura como: [pic] Donde ? L, es el incremento de longitud cuando se aplica un pequeno cambio global y uniforme de temperatura ? T a todo el cuerpo. El cambio total de longitud de la dimension lineal que se considere, puede despejarse de la ecuacion anterior: [pic] Donde: ?=coeficiente de dilatacion lineal [1/C°] L0 = Longitud inicial Lf = Longitud final

T0 = Temperatura inicial . Tf = Temperatura final 3. 2 DILATACION VOLUMETRICA Es el coeficiente de dilatacion volumetrico, designado por ? V, se mide experimentalmente comparando el valor del volumen total de un cuerpo antes y despues de cierto cambio de temperatura como, y se encuentra que en primera aproximacion viene dado por: [pic] Experimentalmente se encuentra que un solido isotropo tiene un coeficiente de dilatacion volumetrico que es aproximadamente tres veces el coeficiente de dilatacion lineal. Esto puede probarse a partir de la teoria de la elasticidad lineal.

Por ejemplo si se considera un pequeno prisma rectangular (de dimensiones: Lx, Ly y Lz), y se somete a un incremento uniforme de temperatura, el cambio de volumen vendra dado por: [pic] 3. 3 COEFICIENTE DE DILATACION Se denomina coeficiente de dilatacion al cociente que mide el cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando un cuerpo solido o un fluido dentro de un recipiente experimenta un cambio de temperatura experimentando una dilatacion termica. De forma general, durante una transferencia de calor, la energia que esta lmacenada en los enlaces intermoleculares entre 2 atomos cambia. Cuando la energia almacenada aumenta, tambien lo hace la longitud de estos enlaces. Asi, los solidos normalmente se expanden al calentarse y se contraen al enfriarse; este comportamiento de respuesta ante la temperatura se expresa mediante el coeficiente de dilatacion termica (unidades: ? C-1): [pic] • esto no ocurre para todos los solidos: el ejemplo mas tipico que no lo cumple es el hielo. 3. 4 SOLIDOS Para solidos, el tipo de coeficiente de dilatacion mas comunmente usado es el coeficiente de dilatacion lineal ?

L. Para una dimension lineal cualquiera, se puede medir experimentalmente comparando el valor de dicha magnitud antes y despues de cierto cambio de temperatura, como: [pic] Puede ser usada para abreviar este coeficiente, tanto la letra griega alfa [pic]como la letra lambda [pic]. 3. 5 GASES Y LIQUIDOS En gases y liquidos es mas comun usar el coeficiente de dilatacion volumetrico ? V, que viene dado por la expresion: [pic] Para solidos, tambien puede medirse la dilatacion termica, aunque resulta menos importante en la mayoria de aplicaciones tecnicas.

Para la mayoria de solidos en las situaciones practicas de interes, el coeficiente de dilatacion volumetrico resulta ser mas o menos el triple del coeficiente de dilatacion lineal: [pic] Algunas propiedades de coeficientes de expasion volumetricas son: Liquido Beta (10^-4/? C), Alcohol 11, Benceno 12. 4, Glicerina 5. 1, Mercurio 1. 8, Agua 2. 1, Valores del coeficiente de dilatacion lineal |Material |? ( ° C-1 ) | |Hormigon |1,0 x 10-5 | |Acero |12 x 10-6 | |Hierro |12 x 10-6 | |Plata |2,0 x 10-5 | Oro |1,5 x 10-5 | |Invar |0,04 x 10-5 | |Plomo |3,0 x 10-5 | |Zinc |2,6 x 10-5 | |Aluminio |2,4 x 10-5 | |Laton |1. 8 x 10-5 | |Cobre |1,7 x 10-5 | |Vidrio |0,7 x 10-5 | |Cuarzo |0,04 x 10-5 | |Hielo |5,1 x 10-5 | 4). – FORMAS DE TRANSMISION DEL CALOR. Transferencia de calor se define en fisica, proceso por el que se intercambia energia en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estan a distinta temperatura.

El calor se transfiere mediante conveccion, radiacion o conduccion. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultaneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a traves de la pared de una casa fundamentalmente por conduccion, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por conveccion, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacion. El calor es una energia degenerada.

Al calor se le asigna este atributo porque la Energia se puede transformar completamente en calor, pero no al reves. De ahi, que si existiese una maquina termica que funcionase, de manera ciclica, transformando calor en energia y viceversa, al cabo de unos cuantos ciclos dejaria de funcionar, puesto que nos quedariamos sin calor para transformar en energia. Se dice que el calor es una energia en transito. Una energia que fluye, transita, o pasa de un cuerpo caliente a otro frio, cuando estan puestos en contacto a traves de una pared diatermica (pared que permite el flujo de calor).

El cuerpo frio tambien cede calor al caliente, lo que ocurre es que el balance neto de paso de calor entre dos cuerpos a distinta temperatura siempre tiene, como resultado global el paso neto de calor del cuerpo de mayor temperatura, al de menos. El lenguaje cotidiano es poco riguroso, por eso a veces se confunde la energia interna con el calor. Inclusive, en muchos manuales de placas termicas se pueden leer frases como: el calor es un estado energetico de agitacion molecular que se transmite de unos cuerpos a otro. Los mecanismos de transmision del calor se pueden agrupar en tres formas basicas diferentes: 1. Conduccion . Conveccion 3. Radiacion En un fenomeno real, ninguno de estos mecanismos esta ausente, lo que ocurre es que el proporcion de un mecanismo, con respecto a los demas es muy acusada. Por ejemplo. Si se caliente un trozo de metal mediante un espejo solar. La gran mayoria del calor llega en forma de radiacion, pero si la muestra es de tamano considerable, en el interior del metal intervendra el mecanismo de transmision de conduccion. Si ademas dicho cuerpo se encuentra al aire, la masa de aire colindante estara mas caliente en las inmediaciones de la superficie del metal que la que esta unos centimetros mas alejada.

Como el aire caliente es menos denso que el frio apareceran fenomenos de conveccion natural que provocaran un movimiento en dicha masa de aire. 4. 1 CONDUCCION En los solidos, la unica forma de transferencia de calor es la conduccion. Si se calienta un extremo de una varilla metalica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo mas frio por conduccion. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccion de calor en los solidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energia cuando existe una diferencia de temperatura. . 2 CONVECCION Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un liquido o un gas, es casi seguro que se producira un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccion. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un liquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el liquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido mas caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido mas frio y mas denso desciende.

Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina conveccion natural. Si consideramos un material fluido (en estado liquido o gaseoso), el calor, ademas de transmitirse a traves del material (conduccion), puede ser «transportado» por el propio movimiento del fluido. Si el movimiento del fluido se produce de forma natural, por la diferencia de temperaturas (aire caliente sube, aire frio baja), la conveccion es natural, y si el movimiento lo produce algun otro fenomeno (ventilador, viento), la conveccion es forzada.

Este ultimo mecanismo es mucho mas eficaz a la hora de transmitir el calor. De ahi, que los mecanismos del circuito de refrigeracion de un vehiculo cuenten con ventiladores, cuando la temperatura externa es elevada y el vehiculo ha de estar parado por las inclemencias del trafico. 4. 3 RADIACION Todo material emite radiacion electromagnetica, cuya intensidad depende de la temperatura a la que se encuentre. La radiacion infrarroja provoca una sensacion de calor inmediata (piensese en una estufa de butano, por ejemplo). El Sol nos aporta energia exclusivamente por radiacion.

La radiacion emitida por un cuerpo consiste en una emision de fotones (las «particulas» que constituyen la luz). No todas estas particulas tienen igual energia. Su energia depende, fundamentalmente, de la frecuencia de la radiacion. Hay que comentar que los fotones, son un tanto especiales. No son las particulas usuales que estamos acostumbrados a ver a diario. Por ejemplo, una pequena bola de acero, podria considerarse una particula, por sus dimensiones, como una particula. Aunque para un teorico, una particula, por definicion, no presenta tamano alguno, (lo que ellos denominan con la expresion: «no tiene dimensiones»).

Un foton es tan especial que a veces parece comportarse como una particula y en otras ocasiones como una onda. En realidad, no es ni lo uno ni lo otro. Es una especie de mezcla entre ambas realidades. No nos debe sorprender puesto que el mundo microscopico, no es nuestro mundo, y las reglas que rigen en el son muy distintas a las del nuestro. Si es interesante saber, que la energia de los fotones viene dada por la ecuacion: E = h? , donde ? , es la frecuencia del foton incidente. Usualmente se mide en [pic], o hz, o aun de manera mas simple como s ? La radiacion presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccion y la conveccion: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacio. La radiacion es un termino que se aplica genericamente a toda clase de fenomenos relacionados con ondas electromagneticas. Algunos fenomenos de la radiacion pueden describirse mediante la teoria de ondas, pero la unica explicacion general satisfactoria de la radiacion electromagnetica es la teoria cuantica. ). – CANTIDAD DE CALOR. La calorimetria es la ciencia que mide la cantidad de energia generada en procesos de intercambio de calor. El calorimetro es el instrumento que mide dicha energia. El tipo de calorimetro de uso mas extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termometro. Se coloca una fuente de calor en el calorimetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termometro. Si se onoce la capacidad calorifica del calorimetro (que tambien puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energia liberada puede calcularse facilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor especifico y el calor latente pueden ir midiendose segun se va enfriando el objeto. El calor latente, que no esta relacionado con un cambio de temperatura, es la energia termica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de liquido a solido o viceversa.

Cuando la fuente de calor es una reaccion quimica, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorimetro y la reaccion se provoca por ignicion, con ayuda de una chispa electrica. 5. 1 CALOR ESPECIFICO Es la energia necesaria para elevar 1 ? C la temperatura de una masa determinada de una sustancia. El concepto de capacidad calorifica es analogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura quimica de la misma).

Depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura: [pic] donde: • Q es el calor aportado al sistema • m es la masa del sistema • c es el calor especifico del sistema • ? T es el incremento de temperatura que experimenta el sistema Las unidades mas habituales de calor especifico son: [c] = [pic] [c] = [pic] El calor especifico de un material depende de su temperatura; no obstante, en muchos procesos termodinamicos su variacion es tan pequena que puede considerarse que el calor especifico es constante.

Asimismo, tambien se diferencia del proceso que se lleve a cabo, distinguiendose especialmente el «calor especifico a presion constante» (en un proceso isobaro) y «calor especifico a volumen constante (en un proceso isocoro). [pic] De esta forma, y recordando la definicion de caloria, se tiene que el calor especifico del agua es aproximadamente: [pic]= 1,000 [pic] 5. 2 CALOR ESPECIFICO MOLAR El calor especifico de una sustancia es un indice importante de su constitucion molecular interna, y a menudo da informacion valiosa de los detalles de su ordenacion molecular y de las fuerzas intermoleculares.

En este sentido, con frecuencia es muy util hablar de calor especifico molar denotado por cm, y definido como la cantidad de energia necesaria para elevar la temperatura de un mol de una sustancia en 1 grado es decir, esta definida por: [pic] donde n indica el la cantidad de moles en la sustancia presente. 5. 3 CAPACIDAD CALORIFICA La capacidad calorifica de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Se denota por C y se define como: C = [pic][pic] Dado que: pic][pic][pic] [pic]C = mc De igual forma se puede definir la capacidad calorica molar como: Cn = nc 5. 4 CAMBIOS DE FASE En la naturaleza existen tres estados usuales de la materia : solido, liquido y gaseoso. Al aplicarle calor a una sustancia, esta puede cambiar de un estado a otro. A estos procesos se les conoce como Cambios de Fase. Los posibles cambios de fase son: • de estado solido a liquido, llamado fusion, • de estado liquido a solido, llamado solidificacion, • de estado liquido a gaseoso, llamado evaporacion o vaporizacion, • de estado gaseoso a liquido, llamado condensacion, de estado solido a gaseoso, llamado sublimacion progresiva, • de estado gaseoso a solido, llamado sublimacion regresiva o deposicion, • de estado gaseoso a plasma, llamado ionizacion. 5. 5 CALOR LATENTE Un cuerpo solido puede estar en equilibrio termico con un liquido o un gas a cualquier temperatura, o que un liquido y un gas pueden estar en equilibrio termico entre si, en una amplia gama de temperaturas, ya que se trata de sustancias diferentes. Pero lo que es menos evidente es que dos fases o estados de agregacion, distintas de una misma sustancia, puedan estar en equilibrio termico entre si en circunstancias apropiadas.

Un sistema que consiste en formas solida y liquida de determinada sustancia, a una presion constante dada, puede estar en equilibrio termico, pero unicamente a una temperatura llamada punto de fusion simbolizado a veces como tf. A esta temperatura, se necesita cierta cantidad de calor para poder fundir cierta cantidad del material solido, pero sin que haya un cambio significativo en su temperatura. A esta cantidad de energia se le llama calor de fusion, calor latente de fusion o entalpia de fusion, y varia segun las diferentes sustancias. Se denota por Lf.

El calor de fusion representa la energia necesaria para deshacer la fase solida que esta estrechamente unida y convertirla en liquido. Para convertir liquido en De manera similar, un liquido y un vapor de una misma sustancia pueden estar en equilibrio termico a una temperatura llamada punto de ebullicion simbolizado por te. El calor necesario para evaporar una sustancia en estado liquido (o condensar una sustancia en estado de vapor ) se llama calor de ebullicion o calor latente de ebullicion o entalpia de ebullicion, y se mide en las mismas unidades que el calor latente de fusion. Se denota por 5. 6 UNIDADES DE MEDIDA

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energia y el trabajo: el Joule (unidad de medida) Joule. Otra unidad utilizada para la cantidad de energia termica intercambiada es la caloria (cal), que es la cantidad de energia que hay que suministrar a un gramo de agua a 1 atmosfera de presion para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados celsius. La caloria tambien es conocida como caloria pequena, en comparacion con la kilocaloria (kcal), que se conoce como caloria grande y es utilizada en nutricion. 5. 7 MEDIDA EXPERIMENTAL DEL CALOR Para determinar, de manera directa, el calor que se one de manifiesto en un proceso de laboratorio, se suele emplear un calorimetro. En esencia, se trata de un recipiente que contiene el liquido en el que se va a estudiar la variacion de energia por transferencia de calor y cuyas paredes y tapa (supuestamente adiabaticas) deben aislarlo, al maximo, del exterior. Un termo de paredes dobles de vidrio, cuyas superficies han sido previamente metalizadas por deposicion y que presenta un espacio vacio entre ellas es, en principio, un calorimetro aceptable para una medida aproximada de la transferencia de calor que se manifiesta en una transformacion tan sencilla como esta.

El termo se llama vaso Dewar y lleva el nombre del fisico y quimico escoces James Dewar pionero en el estudio de las bajas temperaturas. En la tapa aislante suele haber un par de orificios para introducir un termometro, con el que se evaluaria el incremento (o decremento) de la temperatura interior del liquido, y un agitador para tratar de alcanzar el equilibrio termico en su interior, lo mas rapido posible, usando un sencillo mecanismo de conveccion forzada. 5. 8 TEMPERATURA Es la magnitud fisica que mide cuan caliente o cuan frio se encuentra un objeto.

Se mide en unidades llamadas grados, por medio de los termometros, esto se refiere que para medir la temperatura utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que se altera la temperatura. Temperatura es el promedio de la energia cinetica de las moleculas de un cuerpo. 5. 9 RELACION ENTRE TEMPERATURA Y CALOR La relacion es que la temperatura mide la concentracion de energia o de velocidad promedio de las particulas y el calor energia termica en transito. 5. 10 TERMOMETRO Es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa.

Una forma facil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura. El mercurio es liquido dentro del rango de temperaturas de -38,9° C a Los primeros equipos usados para medir la temperatura fueron llamados Termoscopios. Fue en 1724 que Gabriel Fahrenheit uso mercurio como liquido termometrico. La expansion termica del mercurio es amplia y suavemente uniforme, esto permite que no se adhiera al vidrio y permanece liquido ante un amplio rango de temperaturas. Su apariencia plateada hace que sea facil de leer.

Temperatura Termodinamica es la temperatura fundamental, su unidad es el Kelvin la cual se define como una fraccion de 1/273,16 de la temperatura termodinamica del punto triple del agua. 5. 11 TERMOMETROS USADOS EN LA ACTUALIDAD: – Termometro de liquido – Termometro de gas – Termometro bimetalico – Termometro de resistencia – Termistor – Termometro diferencial 6). – TRANSFERENCIA DE CALOR. Es el proceso por el que se intercambia energia en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estan a distinta temperatura.

El calor se transfiere mediante conveccion, radiacion o conduccion. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultaneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a traves de la pared de una casa fundamentalmente por conduccion, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por conveccion, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacion. 6. 1 CONDUCCION: En los solidos, la unica forma de transferencia de calor es la conduccion.

Si se calienta un extremo de una varilla metalica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo mas frio por conduccion. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccion de calor en los solidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energia cuando existe una diferencia de temperatura. Es el proceso que se produce por contacto termico entre dos cuerpos, debido al contacto directo entre las particulas individuales de los cuerpos que estan a diferentes temperaturas, lo que produce que las particulas lleguen al equilibrio termico.

Ej: cuchara metalica en la taza de te. 6. 1. 1 CONDUCTIVIDAD TERMICA: La conduccion pura se presenta solo en materiales solidos. La conductividad termica de un cuerpo esta dada por: [pic]; donde: Q es el calor entregado, ?t es el intervalo de tiempo durante el cual se entrego calor, A es la seccion del cuerpo, L es la longitud, y ?T es el incremento en la temperatura. En el caso de la conduccion, la temperatura de calentamiento depende del tipo de material, de la seccion del cuerpo y del largo del cuerpo.

Esto explica porque algunos cuerpos se calientan mas rapido que otros a pesar de tener exactamente la misma forma, y que se les entregue la misma cantidad de calor. 6. 2 CONVECCION TERMICA: Solo se produce en fluidos (liquidos o gases), ya que implica movimiento de volumenes de fluido de regiones que estan a una temperatura, a regiones que estan a otra temperatura. El transporte de calor esta inseparablemente ligado al movimiento del propio medio. Ej. : los calefactores dentro de la casa. 6. 3 RADIACION:

Es el proceso por el cual se transmite a traves de ondas electromagneticas. Implica doble transformacion de la energia para llegar al cuerpo al que se va a propagar: primero de energia termica a radiante y luego viceversa. Ej. : La energia solar. La radiacion presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccion y la conveccion: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacio. La radiacion es un termino que se aplica genericamente a toda clase de fenomenos relacionados con ondas electromagneticas.

Algunos fenomenos de la radiacion pueden describirse mediante la teoria de ondas, pero la unica explicacion general satisfactoria de la radiacion electromagnetica es la teoria cuantica. 7). – LEY DE LOS GASES. Son relaciones empiricas entre P, V, T y moles: la presion es la fuerza que ejerce un gas por unidad de area. Sus unidades mas comunes son la atmosfera (at) y los milimetros de mercurio. 1 at= 760 mm Hg Segun la teoria atomica las moleculas pueden tener o no cierta libertad de movimientos en el espacio; estos grados de libertad microscopicos estan asociados con el concepto de orden macroscopico.

La libertad de movimiento de las moleculas de un solido esta restringida a pequenas vibraciones; en cambio, las moleculas de un gas se mueven aleatoriamente, y solo estan limitadas por las paredes del recipiente que las contiene. Se han desarrollado leyes empiricas que relacionan las variables macroscopicas en base a las experiencias en laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presion (P), el volumen (V) y la temperatura (T). 7. 1 TEORIA CINETICA DE LOS GASES

El volumen de un gas: refleja simplemente la distribucion de posiciones de las moleculas que lo componen. La variable macroscopica V representa el espacio disponible para el movimiento de una molecula. La presion de un gas, que puede medirse con manometros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que experimentan las moleculas al chocar contra las paredes y rebotar en ellas. La temperatura del gas es proporcional a la energia cinetica media de las moleculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad. pic] La reduccion de las variables macroscopicas a variables mecanicas como la posicion, velocidad, momento lineal o energia cinetica de las moleculas, que pueden relacionarse a traves de las leyes de la mecanica de Newton, deberia de proporcionar todas las leyes empiricas de los gases. En general, esto resulta ser cierto. La teoria fisica que relaciona las propiedades de los gases con la mecanica clasica se denomina teoria cinetica de los gases. Ademas de proporcionar una base para la ecuacion de estado del gas ideal.

La teoria cinetica tambien puede emplearse para predecir muchas otras propiedades de los gases, entre ellas la distribucion estadistica de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad termica, el coeficiente de difusion o la viscosidad. 7. 2 DENSIDAD DE UN GAS: En un determinado volumen las moleculas de gas ocupan cierto espacio. Si aumenta el volumen (imaginemos un globo lleno de aire al que lo exponemos al calor aumentando su temperatura), la cantidad de moleculas (al tener mayor espacio) se distribuiran de manera que encontremos menor cantidad en el mismo volumen anterior.

Podemos medir la cantidad de materia, ese numero de moleculas, mediante una magnitud denominada masa. La cantidad de moleculas, la masa, no varia al aumentar o disminuir (como en este caso) el volumen, lo que cambia es la relacion masa – volumen. Esa relacion se denomina densidad (? ). La densidad es inversamente proporcional al volumen (al aumentar al doble el volumen, manteniendo constante la masa, la densidad disminuye a la mitad) pero directamente proporcional a la masa (si aumentamos al doble la masa, en un mismo volumen, aumenta al doble la densidad). 7. 3 HIPOTESIS DE AVOGADRO

Establece que dos gases que posean el mismo volumen (a igual presion y temperatura) deben contener la misma cantidad de moleculas. Cada molecula, dependiendo de los atomos que la compongan, deberan tener la misma masa. Es asi que puede hallarse la masa relativa de un gas de acuerdo al volumen que ocupe. La hipotesis de Avogadro permitio determinar la masa molecular relativa de esos gases. Analicemos el orden logico que siguio: 1. La masa de 1 litro de cualquier gas es la masa de todas las moleculas de ese gas. 2. Un litro de cualquier gas contiene el mismo numero de moleculas de cualquier otro gas . Por lo tanto, un litro de un gas posee el doble de masa de un litro otro gas si cada molecula del primer gas pesa el doble de la molecula del segundo gas. 4. En general las masas relativas de las moleculas de todos los gases pueden determinarse pesando volumenes equivalentes de los gases. 7. 4 LEY DE BOYLE: Relaciona el volumen y la presion cuando la temperatura y el numero de moles es constante. Nos dice que el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presion, cuando se mantienen constantes la temperatura y el numero de moles. [pic] 7. LEY GAY LUSSAC: La ley enunciada por estos dos cientificos nos dice que el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura cuando P y n con constantes. El volumen de un gas, a presion constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta. 7. 6 LEY DE CHARLES: La ley de Charles sostiene que, a volumen constante, la presion de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del sistema: 7. 7 LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES: Los gases que no reaccionan pueden mezclarse entre si en cualquier proporcion para dar lugar a mezclas homogeneas.

La relacion que explica la presion de los gases en estas mezclas es la ley de Dalton de las presiones parciales. Esta ley nos dice que la presion total de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de cada elemento. [pic]Donde P es la presion total de la mezcla y Px denota la presion parcial de x. 7. 8 LEY DE GRAHAM DE LA DIFUSION Y EFUSION: La difusion es el fenomeno por el que un gas se dispersa en otro, dando lugar a una mezcla. La mezcla gradual de las moleculas de un gas con las del otro, en virtud de sus propiedades cineticas constituye una demostracion directa del movimiento aleatorio de las moleculas.

A pesar de que las velocidades moleculares son muy elevadas, el proceso de difusion requiere bastante tiempo, debido al elevado numero de colisiones que experimentan las moleculas en movimiento. Graham encontro que las velocidades de difusion de las sustancias gaseosas es inversamente proporcional a la raiz cuadrada de sus pesos moleculares cuando P y T son constantes. [pic]La efusion es el proceso por el cual un gas bajo presion escapa de un recipiente al exterior a traves de una pequena abertura. Se ha demostrado que la velocidad de efusion es directamente proporcional a la velocidad media de las moleculas. 8). LEY GENERAL DE LOS GASES. Dice que una masa de un gas ocupa un volumen que esta determinado por la presion y la temperatura de dicho gas. Estudian el comportamiento de una determinada masa de gas si una de esas magnitudes permanece constante. Se emplea para todos aquellos gases ideales en los que el volumen, la presion y la temperatura no son constantes. Ademas la masa no varia. La formula de dicha ley se expresa: (V1 * P1) / T1 = (V2 * P2) / T2 Es decir, el volumen de la situacion inicial por la presion original sobre la temperatura es igual a el volumen final por la presion nueva aplicada sobre la temperatura modificada.

La presion es una fuerza que se ejerce por la superficie del objeto y que mientras mas pequena sea esta, mayor presion habra. El volumen ocupado por la unidad de masa de un gas ideal, es directamente proporcional a su temperatura absoluta, e inversamente proporcional a la presion que se recibe. Donde: PV =nRT   o   P1V1/T1=P2V2/  T2 V = volumen        n = constante P = presion n    no. de moles o gramos R =constante T =    temperatura R= 0. 0821 (lts)(atm)/ °K mol=   8. 31 °J/°K mol

Para el comportamiento termico de particulas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interes: presion, volumen, temperatura y masa de la muestra del material. Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal. Sus moleculas, en continuo movimiento, logran colisionar las paredes que los contiene y casi todo el tiempo ejercen una presion permanente. Como el gas se expande, la energia intermolecular (entre molecula y molecula) hace que un gas, al ir anadiendole energia calorifica, tienda a aumentar su volumen.

Un gas tiende a ser activo quimicamente debido a que su superficie molecular es tambien grande, es decir entre cada particula se realiza mayor contacto, haciendo mas facil una o varias reacciones entre las sustancias. Para entender mejor el comportamiento de un gas siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal aunque este en realidad nunca existe y las propiedades de este son: • Un gas esta constituido por moleculas de igual tamano y masa, pero una mezcla de gases diferentes, no. • Se le supone con un numero pequeno de moleculas, asi su densidad es baja y su atraccion molecular es nula. El volumen que ocupa el gas es minimo, en comparacion con el volumen total del recipiente. • Las moleculas de un gas contenidas en un recipiente, se encuentran en constante movimiento, por lo que chocan, ya entre si o contra las paredes del recipiente que las contiene. Como consecuencia de la hipotesis de Avogadro puede considerarse una generalizacion de la ley de los gases. Si el volumen molar (volumen que ocupa un mol de molecula de gas) es el mismo para todos los gases en CNPT, entonces podemos considerar que el mismo para todos los gases ideales a cualquier temperatura y presion que se someta al sistema.

Esto es cierto por que las leyes que gobiernan los cambios de volumen de los gases con variaciones de temperatura y presion son las mismas para todos los gases ideales. Estamos relacionando proporcionalmente el numero de moles (n), el volumen, la presion y la temperatura: P. V ~ n T. Para establecer una igualdad debemos anadir una constante (R) quedando: [pic] El valor de R es: [pic] Cuando una molecula particular se aproxima hacia la pared de un recipiente, las atracciones intermoleculares ejercidas por las moleculas vecinas tienden a suavizar el impacto de esta molecula contra la pared.

El efecto global es una menor presion del gas que la que se esperaria para un gas ideal. Van der Waals sugirio que la presion ejercida por un gas ideal, Pideal, esta relacionada con la presion experimental medida, Preal, por medio de la ecuacion: [pic] Donde a es una constante, n es el numero de moles y V el volumen del gas: Otra correccion es la concerniente al volumen ocupado por las moleculas del gas. En la ecuacion del gas ideal, V representa el volumen del recipiente. Sin embargo, cada molecula ocupa un nivel intrinseco finito, aunque pequeno, de manera que el volumen efectivo del gas se convierte en: pic] Donde n es el numero de moles del gas b es una constante. El termino nb representa el volumen ocupado por n moles del gas. Tomando en cuenta las correcciones de presion y volumen, se vuelve a escribir la ecuacion del gas ideal en la forma siguiente: [pic] 8. 1 EJEMPLO DE LEY GENERAL DE LOS GASES: En un laboratorio de la Facultad de Quimica, habia un recipiente que contenia un gas ideal que tenia una presion de 0. 85 atm, un volumen de 4. 7 Its y una temperatura de 25°C. Este gas se calento hasta 120°C y se observo un aumento en su volumen hasta 23. 2 Its.

Determinar cual sera su presion. En este tipo de problemas se utiliza la siguiente ecuacion: P1V1/T1= P2v2/T2 P2=P1V1T2/T1V2=(0. 86 atm)(4. 7 lts)(120°C)/(25°C)(23. 2lts)=1. 8 atm Un tanque de 30 Its contiene un gas ideal con una masa de 5 moles a 27°C ? A que presion se encuentra el gas? p=? PV=nrT V=3OIts. n = 5 moles             P=nrT/V T = 27°C r=0. 0821 (lts)(atm)/ °K mol T=27+273°K=300°K P=(5 mol)(0. 082 (lts)(atm)/°K mol )(300°K ) / 30 lts  = 4. 105 atm 9). – GASES IDEALES. La teoria atomica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican.

Las moleculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscopicos estan asociados con el concepto de orden macroscopico. Las moleculas de un solido estan colocadas en una red, y su libertad esta restringida a pequenas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscopico. Sus moleculas se mueven aleatoriamente, y solo estan limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene. De esta ley se deduce que un mol de gas ideal ocupa siempre un volumen igual a 22,4 litros a 0 °C y 1 atmosfera.

Tambien se le llama la ecuacion de estado de los gases; ya que solo depende del estado actual en que se encuentre el gas. 9. 1 COMPORTAMIENTO DE LOS GASES Para el comportamiento termico de particulas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interes: presion, volumen, temperatura y masa de la muestra del material. Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal. Sus moleculas, en continuo movimiento, logran colisionar las paredes que los contiene y casi todo el tiempo ejercen una presion permanente.

Como el gas se expande, la energia intermolecular (entre molecula y molecula) hace que un gas, al ir anadiendole energia calorifica, tienda a aumentar su volumen. Un gas tiende a ser activo quimicamente debido a que su superficie molecular es tambien grande, es decir entre cada particula se realiza mayor contacto, haciendo mas facil una o varias reacciones entre las sustancias. Para entender mejor el comportamiento de un gas siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal aunque este en realidad nunca existe y las propiedades de este son: Un gas esta constituido por moleculas de igual tamano y masa, pero una mezcla de gases diferentes, no. • Se le supone con un numero pequeno de moleculas, asi su densidad es baja y su atraccion molecular es nula. • El volumen que ocupa el gas es minimo, en comparacion con el volumen total del recipiente. • Las moleculas de un gas contenidas en un recipiente, se encuentran en constante movimiento, por lo que chocan, ya entre si o contra las paredes del recipiente que las contiene. Un gas no tiene forma ni volumen fijo; se caracteriza por la casi nula cohesion y a la gran energia cinetica de sus moleculas, las cuales se mueven. 0). – CARGA ELECTRICA. Es una propiedad intrinseca de algunas particulas subatomicas (perdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagneticas entre ellas. La materia cargada electricamente es influida por los campos electromagneticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interaccion entre carga y campo electrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interaccion electromagnetica. A los electrones se les asigno carga negativa: –1, tambien expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e.

A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga electrica se denomina culombio (simbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por la seccion transversal de un conductor electrico en un segundo, cuando la corriente electrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de 6,24 ? 1018 electrones aproximadamente. 10. 1. NATURALEZA DE LA CARGA La carga electrica es una propiedad intrinseca de la materia que se presenta de dos tipos.

Estas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denomino: cargas positivas y negativas. Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen. Con el advenimiento de la teoria cuantica relativista, se pudo demostrar formalmente que las particulas, ademas de presentar carga electrica (sea nula o no), presentan un momento magnetico intrinseco, denominado «spin», que surge como consecuencia de aplicar la teoria de la relatividad especial a la mecanica cuantica. 10. 2. CARGA ELECTRICA ELEMENTAL.

Las investigaciones actuales de la fisica apuntan a que la carga electrica es una propiedad cuantizada. La unidad mas elemental de carga se encontro que es la carga que tiene el electron, es decir alrededor de 1. 6 x 10-19 culombios y es conocida como carga elemental. El valor de la carga electrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide segun el numero de electrones que posea en exceso o en ausencia. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga electrica se denomina culombio (simbolo C) y se define como la cantidad de carga que a la distancia de 1 metro ejerce sobre otra cantidad de carga igual, la fuerza de 9×109 N.

Un culombio corresponde a 6,24 ? 1018 electrones. En la actualidad su valor en el Sistema Internacional de acuerdo con la ultima lista de constantes del CODATA publicada es: [pic] Como el culombio puede no ser manejable en algunas aplicaciones, por ser demasiado grande, se utilizan tambien sus submultiplos: 1 miliculombio = [pic] 1 microculombio = [pic] Frecuentemente se usa tambien el sistema CGS cuya unidad de carga electrica es el Franklin (Fr). El valor de la carga elemental es entonces de aproximadamente 4. 803 x 10–10 Fr.

A pesar de que las cargas electricas son cuantizadas y, por ende, multiplos de una carga elemental, en ocasiones las cargas electricas en un cuerpo estan tan cercanas entre si, que se puede suponer que estan distribuidas de manera uniforme por el cuerpo del cual forman parte. La caracteristica principal de estos cuerpos es que se los puede estudiar como si fueran continuos, lo que hace mas facil, sin perder generalidad, su tratamiento. Se distinguen tres tipos de densidad de carga electrica: lineal, superficial y volumetrica. [8] Densidad de carga lineal.

Se usa en cuerpos lineales como, por ejemplo hilos. [pic] Donde Q es la carga del cuerpo y L es la longitud. En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en C/m (culombios por metro). 10. 3. DENSIDAD DE CARGA SUPERFICIAL. Se emplea para superficies, por ejemplo una plancha metalica delgada como el papel de aluminio. [pic] donde Q es la carga del cuerpo y S es la superficie. En el SI se mide en C/m2 (culombios por metro cuadrado). 10. 4. DENSIDAD DE CARGA VOLUMETRICA. Se emplea para cuerpos que tienen volumen. [pic] donde Q es la carga del cuerpo y V el volumen.

En el SI se mide en C/m3 (culombios por metro cubico). 11). – CONSERVACION DE LA CARGA ELECTRICA. En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservacion de la carga establece que no hay destruccion ni creacion neta de carga electrica, y afirma que en todo proceso electromagnetico la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrizacion, el numero total de protones y electrones no se altera y solo hay una separacion de las cargas electricas. Por tanto, no hay destruccion ni creacion de carga electrica, es decir, la carga total se conserva.

Pueden aparecer cargas electricas donde antes no habia, pero siempre lo haran de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Ademas esta conservacion es local, ocurre en cualquier region del espacio por pequena que sea. La conservacion de la carga implica, al igual que la conservacion de la masa, que en cada punto del espacio se satisface una ecuacion de continuidad que relaciona la derivada de la densidad de carga electrica con la divergencia del vector densidad de corriente electrica, dicha ecuacion expresa que el cambio neto en la densidad de carga ? entro de un volumen prefijado V es igual a la integral de la densidad de corriente electrica J sobre la superficie S que encierra el volumen, que a su vez es igual a la intensidad de corriente electrica I: [pic] Esta propiedad se conoce como cuantizacion de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga electrica que posee el electron y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista fisicamente, puede escribirse como [pic]siendo N un numero entero, positivo o negativo. La carga neta en cualquier region del espacio se conserva constante.

Este principio fundamental se expresa matematicamente en la ecuacion de continuidad: Consideremos un elemento de volumen V, cualquiera, limitado por la superficie S, FIGURA: Balance de carga electrica en un volumen. El cambio de le carga en una region es debido a la corriente que sale a traves de la superficie S que limita el volumen V. El electron es la particula cuantica cargada mas ligera, y no puede desintegrarse en particulas mas ligeras porque no hay ninguna particula que pueda llevarse su carga electrica. La corriente que sale del volumen V, lo hace solo a traves de S, [pic]

Por el principio de conservacion, la corriente que sale del volumen V, se debe a un decremento de la carga contenida en V, I = -dQ/dt. Por otra parte, [pic] luego, como V es un volumen cualquiera, se tiene la ecuacion de continuidad. [pic] . 12). – FORMAS DE ELECTRIZACION. Se denomina electrizacion al efecto de ganar o perder cargas electricas, normalmente electrones, producido por un cuerpo electricamente neutro. Los tipos de electrificacion son los siguientes: Cuando un cuerpo adquiere cargas electricas, se dice que ha sido electrizado. La electrizacion es uno de los fenomenos que estudia la electrostatica.

Cuando un cuerpo cargado electricamente se pone en contacto con otro inicialmente neutro, puede transmitirle sus propiedades electricas. Este tipo de electrizacion denominada por contacto se caracteriza porque es permanente y se produce tras un reparto de carga electrica que se efectua en una proporcion que depende de la geometria de los cuerpos y de su composicion. Existe, no obstante, la posibilidad de electrizar un cuerpo neutro mediante otro cargado sin ponerlo en contacto con el. Se trata, en este caso, de una electrizacion a distancia o por induccion o influencia.

Si el cuerpo cargado lo esta positivamente la parte del cuerpo neutro mas proximo se cargara con electricidad negativa y la opuesta con electricidad positiva. La formacion de estas dos regiones o polos de caracteristicas electricas opuestas hace que a la electrizacion por influencia se la denomine tambien polarizacion electrica. La materia esta hecha de atomos, y los atomos de particulas cargadas, un nucleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra (no electrizada), tiene el mismo numero de cargas positivas y negativas.

La materia contiene dos tipos de cargas electricas denominadas positivas y negativas. Los objetos no cargados poseen cantidades iguales de cada tipo de carga. Cuando un cuerpo se frota la carga se transfiere de un cuerpo al otro, uno de los cuerpos adquiere un exceso de carga positiva y el otro un exceso de carga negativa. En cualquier proceso que ocurra en un sistema aislado la carga total o neta no cambia. Los objetos cargados con carga del mismo signo, se repelen. Los objetos cargados con cargas de distinto signo, se atraen. 1.

ELECTRIZACION POR CONTACTO: Cuando ponemos un cuerpo cargado en contacto con un conductor se puede dar una transferencia de carga de un cuerpo al otro y asi el conductor queda cargado, positivamente si cedio electrones o negativamente si los gano. 2. ELECTRIZACION POR FRICCION: Cuando frotamos un aislante con cierto tipo de materiales, algunos electrones son transferidos del aislante al otro material o viceversa, de modo que cuando se separan ambos cuerpos quedan con cargas opuestas. 3. ELECTRIZACION POR INDUCCION: Si acercamos un cuerpo cargado negativamente a un conductor aislado, la fuerza de repulsion entre l cuerpo cargado y los electrones de valencia en la superficie del conductor hace que estos se desplacen a la parte mas alejada del conductor al cuerpo cargado, quedando la region mas cercana con una carga positiva, lo que se nota al haber una atraccion entre el cuerpo cargado y esta parte del conductor. Sin embargo, la carga neta del conductor sigue siendo cero (neutro). 4. ELECTRIZACION POR EFECTO FOTOELECTRICO: Sucede cuando se liberan electrones en la superficie de un conductor al ser irradiado por luz u otra radiacion electromagnetica. 5. ELECTRIZACION POR ELECTROLISIS: . ELECTRIZACION POR EFECTO TERMOELECTRICO: Significa producir electricidad por la accion del calor. 12. 7 LEY DE COULOMB: La magnitud de cada una de las fuerzas electricas con que interactuan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Variacion de la Fuerza de Coulomb en funcion de la distancia. En la barra de la balanza, Coulomb coloco una pequena esfera cargada y a continuacion, a diferentes distancias, posiciono otra esfera tambien cargada.

Luego midio la fuerza entre ellas observando el angulo que giraba la barra. Dichas mediciones permitieron determinar que: • La fuerza de interaccion entre dos cargas [pic]y [pic]duplica su magnitud si alguna de las cargas dobla su valor, la triplica si alguna de las cargas aumenta su valor en un factor de tres, y asi sucesivamente. Concluyo entonces que el valor de la fuerza era proporcional al producto de las cargas: [pic][pic][pic]    y     [pic][pic][pic] en consecuencia: [pic][pic][pic] • Si la distancia entre las cargas es [pic], al duplicarla, la fuerza de interaccion disminuye en un factor de 4 (2? ; al triplicarla, disminuye en un factor de 9 (3? ) y al cuadriplicar [pic], la fuerza entre cargas disminuye en un factor de 16 (4? ). En consecuencia, la fuerza de interaccion entre dos cargas puntuales, es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: La Ley de Coulomb se expresa mejor con magnitudes vectoriales: [pic] donde [pic]es un vector unitario que va en la direccion de la recta que une las cargas, siendo su sentido desde la carga que produce la fuerza hacia la carga que la experimenta.

Al aplicar esta formula en un ejercicio ,se debe colocar el signo de las cargas q1 o q2 ,segun sean estas positivas o negativas. El exponente (de la distancia: d) de la Ley de Coulomb es, hasta donde se sabe hoy en dia, exactamente 2. Experimentalmente se sabe que, si el exponente fuera de la forma [pic], entonces [pic]. [pic] Representacion grafica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo. Observese que esto satisface la tercera de la ley de Newton debido a que implica que fuerzas de igual magnitud actuan sobre [pic]y [pic].

La ley de Coulomb es una ecuacion vectorial e incluye el hecho de que la fuerza actua a lo largo de la linea de union entre las cargas. 13). – CAMPO ELECTRICO. El campo electrico, en fisica, es un ente fisico que es representado mediante un modelo que describe la interaccion entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza electrica Matematicamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga electrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza electrica [pic]dada por la siguiente ecuacion: [pic]

En los modelos actuales, el campo electrico se incorpora, junto con el campo magnetico, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagnetico F??. Los campos electricos pueden tener su origen tanto en cargas electricas como en campos magneticos variables. Las primeras descripciones de los fenomenos electricos, como la ley de Coulomb, solo tenian en cuenta las cargas electricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que tambien se tiene en cuenta la variacion del campo magnetico.

Esta definicion general indica que el campo no es directamente medible, sino a traves de la ponderacion de la fuerza actuante sobre alguna carga. La unidad del campo electrico en el SI es newton por culombio, voltio por metro o, en unidades basicas, kg·m·s? 3·A? 1. Definicion mediante la ley de Coulomb [pic] Campo electrico de una distribucion lineal de carga. Una carga puntual P es sometida a una fuerza en direccion radial [pic]por una distribucion de carga ? en forma de diferencial de linea (dL), lo que produce un campo electrico [pic]. 13. 1. LEY DE FARADAY

En 1801, Michael Faraday realizo una serie de experimentos que lo llevaron a determinar que los cambios temporales en el campo magnetico inducen un campo electrico. Esto se conoce como la ley de Faraday. La fuerza electromotriz, definida como el rotacional a traves de un diferencial de linea esta determinado se la expresa asi: (11) [pic] donde el signo menos indica la Ley de Lenz y ? es el flujo magnetico en una superficie, determinada por: (12) [pic] reemplazando (12) en (11) se obtiene la ecuacion integral de la ley de Faraday: (13) [pic] Aplicando el teorema de Stokes se encuentra la forma diferencial: 14) [pic] La ecuacion (14) completa la descripcion del campo electrico, indicando que la variacion temporal del campo magnetico induce un campo electrico. Campo electrostatico Un caso especial del campo electrico es el denominado electrostatico. Un campo electrostatico no depende del tiempo, es decir es estacionario. 13. 2 LEY DE GAUSS: Todavia tiene validez debido a que esta no tiene ninguna consideracion temporal, sin embargo, la Ley de Faraday debe ser modificada. Si el campo es estacionario, la parte derecha de la ecuacion (13) y (14) no tiene sentido, por lo que se anula: 15) [pic] Esta ecuacion junto con (10) definen un campo electrostatico. Ademas, por el calculo diferencial, se sabe que un campo cuyo rotacional es cero puede ser descrito med