Diferencia Calor-Temperatura

Historia de la Evolución del Uso De Energía Desde el Fuego

HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO Y  EVOLUCIÓN DEL USO DE LA ENERGÍA
DESDE EL FUEGO A LA ENERGÍA ATÓMICA

LAS ENERGIA PRIMARIAS: Una fuente de energía primaria es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada, y ellas son: el petróleo, gas natural, el carbón, la madera o leña, caída de agua, la del sol o solar, la eólica, mareomotriz y nuclear.

Observa el siguiente cuadro, donde se indica la clasificación de las fuentes de energía:

cuadro clasificacion de las fuentes  de energía

PRIMEROS USOS DEL FUEGO: Una fuente de energía —el combustible al arder—- tiene un lugar muy especial en la historia del hombre. Efectivamente, muchos antiguos pueblos consideraron que el fuego era sagrado, y algunos, como los griegos, tenían leyendas que contaban cómo los hombres habían arrancado a los dioses el secreto del fuego. Según la leyenda griega, Prometeo robó fuego de la forja del dios Hefestos (Vulcano) y lo escondió en un tallo hueco de heno.

uso del fuego por el hombre

Si nos detenemos a pensar por un momento acerca de las otras fuentes de energía que usaron los hombres primitivos, podremos comprender por qué se consideró el fuego de este modo. Los hombres de la Edad de Piedra podían advertir la energía muscular de los animales en acción cada vez que iban de caza; no podían menos de observar la energía del viento, que lo mismo meneaba las hojas de los árboles que desgajaba sus ramas, y ellos deben haberse dado cuenta muchas veces de la energía del agua en movimiento al arremolinar pesados troncos corriente abajo. Pero la energía dejada en libertad cuando el fuego arde es mucho más difícil de notar.

Los primeros hombres que vieron en un bosque un incendio causado por el rayo, probablemente pensaron en el fuego sólo como un elemento destructor y deben haber pasado muchas generaciones hasta que el hombre se diera cuenta de que el fuego podía usarse para realizar trabajo útil. Además, la energía del viento y la del agua estaban allí a disposición del hombre para que las usara. Pero antes de que él pudiera usar el fuego tuvo que aprender a producirlo.

Durante miles de años la única manera de hacer fuego era golpeando dos piedras o pedernales para producir una chispa. Ése es el método que aún emplean ciertas tribus primitivas de Australia y de Sudamérica, y es muy parecido al que usaba la gente cuando se valía de cajas de yesca, hasta que se inventaron los fósforos, hace poco más de un siglo.   Efectivamente, aún utilizamos pedernales para encender cigarrillos o picos de gas. Con el tiempo la gente aprendió a producir fuego haciendo girar dos palitos juntos encima de algún combustible seco, en polvo, hasta hacer saltar una chispa.

Una vez que el hombre tuvo el fuego, pronto descubrió que le podía prestar dos servicios para los que era insustituible. Sobre todo, le suministró calor y luz, y aún hoy el fuego es nuestra mayor fuente de calor y de iluminación. Aun teniendo casas donde todo está electrificado, casi seguramente la electricidad que nos proporciona luz y calor proviene de generadores movidos por el vapor que produce la combustión del carbón. También el fuego podía realizar cosas que el viento, la energía muscular y el agua no eran capaces de hacer.

Podía producir cambios físicos y químicos en muchas clases de substancias. Aunque el hombre primitivo no se diese cuenta, el fuego en el cual él cocía su pan contribuía a transformar varias substancias químicas en la masa del almidón y a producir el anhídrido carbónico que hacía fermentar el pan.

El fuego con que cocía sus vasijas cambiaba las propiedades físicas de la arcilla y la hacía dura y frágil, en vez de blanda y moldeable. Aún hoy usamos el fuego para cambiar las propiedades físicas de las materias primas: al extraer el metal de sus minerales, en la fabricación del vidrio y del ladrillo y en otras muchas. También lo usamos para provocar cambios químicos: en la cocina, en la destilería, en el horneado y en infinito número de procesos industriales.

También hemos aprendido a hacer uso del poder devastador del fuego. Empleamos su tremendo calor destructivo, concentrado en un rayo del grosor de un lápiz, para perforar duros metales. Usamos la fuerza de poderosos explosivos, encendidos por una pequeña chispa, para despejar montañas de escombros, que de otro modo llevaría semanas de trabajo el acarj-ear, y frecuentemente utilizamos el fuego para destruir residuos que deben ser eliminados si queremos mantener sanos nuestros pueblos y ciudades.

HISTORIA DEL CALOR COMO ENERGÍA: El hombre dejó, al fin, de considerar el fuego como objeto sagrado, mas durante cientos de años siguió mirándolo como a cosa muy misteriosa.

La mayoría creía que el fuego quitaba algo de toda materia que quemaba. Veían que las llamas reducían sólidos troncos a un puñado de blandas cenizas y unas volutas de humo. Llenaban una lámpara de aceite, la encendían y descubrían que el aceite también se consumía.

Encendían una larga vela y en pocas horas apenas quedaba un cabo.

Solamente hace 200 años un gran francés, Lavoisier, demostró que el fuego, en realidad, agrega algo a aquello que quema. Hay un experimento muy simple para demostrar que esto es así. Tomamos una balanza sensible y colocamos una vela en un platillo, con un tubo de vidrio repleto de lana de vidrio, puesto justamente encima de aquélla para recoger el humo. En el otro platillo colocamos suficiente peso para equilibrar exactamente la vela, el tubo y la lana de vidrio. Si ahora prendemos la vela y la dejamos arder, descubrimos que el platillo de la balanza sobre la cual se apoya desciende gradualmente. Esto significa que lo que queda de vela y los gases que ha producido durante su combustión pesan más que la vela íntegra.

Lavoisier pudo ir más allá y demostrar qué es lo que se añade a las substancias cuando arden. Descubrió que es oxígeno del aire. Efectivamente, si colocamos un recipiente boca abajo sobre una vela prendida, la llama se apaga tan pronto como el oxígeno del recipiente ha sido consumido. Del mismo modo, el carbón no puede arder en una estufa, ni el petróleo dentro de un cilindro del motor de un auto, sin una provisión de oxígeno del aire.

calor como energia

Al calentar agua, el vapor puede generar trabajo, es decir movimiento

Pero muchas substancias se combinan muy lentamente con el oxígeno y sin producir ninguna llama. Una es el hierro. Si se expone el hierro al aire húmedo, aunque sólo sea por un día o dos, una fina capa de óxido se forma sobre su superficie, y es que el hierro se ha combinado con el oxígeno. En algunas partes del mundo, también los compuestos de hierro se combinan con el oxígeno, bajo el suelo, produciendo depósitos de color castaño rojizo.

Cuando las substancias se combinan con el oxígeno no siempre producen fuego, pero casi siempre originan calor. Y es el calor producido de este modo el que da a los hombres y animales toda su energía física, toda su fuerza muscular. En nuestros pulmones el oxígeno del aire pasa al torrente sanguíneo y es llevado por la sangre a las células de todas las partes del cuerpo, donde se combina con las partículas alimenticias para originar calor y energía. También produce anhídrido carbónico que expelemos al aire.

El peso del alimento que tomamos en un día no es muy grande ciertamente, y, por lo tanto, la cantidad de calor que producimos en un día tampoco lo es. Y no todo este calor lo convertimos en energía para el trabajo, porque parte de él lo consumimos en el propio cuerpo, para mantener nuestra temperatura y en otros procesos fisiológicos.

Cuando pensamos cuánto trabajo puede realizar un hombre en un día, pronto nos damos cuenta de que una pequeña cantidad de calor puede transformarse en una gran cantidad de trabajo. Así podríamos elevar un peso de 1 tonelada a 30 metros de altura, si transformáramos en trabajo todo el calor necesario para poner en ebullición 1 litro de agua. A grandes alturas, los aviadores no pueden obtener suficiente oxígeno del aire que los rodea, para que sus cuerpos produzcan el calor y la energía que necesitan.

Entonces se colocan una máscara de oxígeno y el ritmo de producción de calor y energía se acelera inmediatamente. De manera similar, en la soldadura, que requiere intenso calor, a menudo se mezcla oxígeno puro con el combustible, en lugar de utilizar el aire común.

LA ENERGIA EÓLICA:  Energía eólica, energía producida por el viento. La primera utilización de la capacidad energética del viento la constituye la navegación a vela . En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar un barco.

La utilización de la energía eólica no es una tecnología nueva, se basa en el redescubrimiento de una larga tradición de sistemas eólicos empíricos. No es posible establecer con toda claridad el desarrollo histórico de los «sistemas de conversión de energía eólica», sólo es posible identificar los importantes papeles que desempeña la energía eólica en el pasado.

La utilización de la energía del viento resulta muy antigua. La historia se remonta al año 3 500 a.C, cuando los sumerios armaron las primeras embarcaciones de vela, los egipcios construyeron barcos hace al menos cinco mil años para navegar por ei Nilo y más tarde por el Mediterráneo.

Después, los griegos construyeron máquinas que funcionaban con el viento. Así, desde la antigüedad éste ha sido el motor de las embarcaciones. Algunos historiadores sugieren que hace más de 3,000 años la fuerza del viento se empleaba en Egipto cerca de Alejandría para la molienda de granos. Sin embargo, la información más fehaciente de la utilización de la energía eólica en la molienda apunta a Persia en la frontera Afgana en el año 640 D.C.

balsa a vela energia eolica

Barcos con velas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.). Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencial de la energía eólica, su discontinuidad.

molino de viento

Uno de los grandes inventos a finale de la Edad Media, el molino de viento, muy usado en el campo argentino para extraer agua de la napa freática y darle de beber  a los animales.

parque eolico

Actualidad: Parque Eólico: Los generadores de turbina de los parques eólicos aprovechan la fuerza del viento para producir electricidad. Estos generadores dañan menos el medio ambiente que otras fuentes, aunque no siempre son prácticos, porque requieren al menos 21 km/h de velocidad media del viento.

ENERGÍA GAS NATURAL: Como gas natural se define la mezcla de hidrocarburos livianos en estado gaseoso, donde la mayor proporción corresponde al metano (CH4) en un valor que oscila entre el 80 al 95 %.

El porcentaje restante está constituido por etano (C2H6), propano, butano y superiores, pudiendo contener asimismo en proporciones mínimas, vapor de agua, anhídrido carbónico, nitrógeno, hidrógeno sulfurado, etc.
El gas natural proviene de yacimientos subterráneos que pueden ser de gas propiamente dicho o de petróleo y gas, según que en su origen se encuentre o no asociado al petróleo.

El gas natural procede generalmente de las perforaciones que se realizan en los yacimientos petrolíferos, de la descomposición de la materia orgánica con el tiempo.

En dichos yacimientos, el petróleo más liviano que el agua, suele flotar sobre lagos subterráneos de agua salada. En la parte superior se encuentra el gas, que ejerce enormes presiones, con lo cual hace fluir el petróleo hacia la superficie.

Ampliar: Gas Natural

LA ENERGÍA ELÉCTRICA: El fuego fue muy importante para el hombre primitivo, porque le capacitó para hacer cosas que con la energía del viento, del agua o del músculo no podía realizar. La humanidad no logró descubrir otra forma de energía capaz de realizar cosas completamente nuevas hasta hace 200 años, cuando comenzó a dominar la electricidad, la fuerza poderosa escondida en el rayo.

energia electrica

Hoy, con la radio, podemos oír a una persona que habla desde comarcas remotas; con la televisión podemos ver sucesos que ocurren a muchas millas de distancia; con cerebros electrónicos o computadoras podemos encontrar en pocos segundos las respuestas a complicadísimos problemas matemáticos. El viento, los músculos, el agua y el fuego no nos podrían ayudar a hacer ninguna de estas cosas; sólo la electricidad.

Varios siglos antes de Cristo, los griegos sabían que el ámbar, al cual llamaban elektron, atraía el polvo y trocitos de plumas después de frotarlo con lana seca, piel o paño. En tiempos de Shakespeare, muchos hombres de ciencia europeos sé interesaron en ésta extraña fuerza de atracción, y un inglés, Guillermo Gilbert, la llamó electricidad.

Alrededor de un siglo más tarde, otro investigador, llamado Guericke, descubrió que la electricidad originada rotando una bola de azufre contra la palma de su mano hacía saltar una chispita con un ruido marcado de chisporroteo. En realidad él había producido un relámpago y un trueno en miniatura.

La electricidad que parece estar contenida, en reposo, en una substancia y es súbitamente liberada, por contacto con otra substancia, se llama electricidad estática. Antes de que los hombres pudieran hacer uso de la electricidad, necesitaban que ésta fluyera de un modo constante y que se lograse controlar, es decir, obtener lo que hoy llamamos una corriente eléctrica.

El primer paso para descubrirla se dio por casualidad.   Más o menos a mediados del siglo xvin, un anatomista italiano, Luis Galvani, dejó las patas de unas ranas recién muertas en contacto con dos alambres, uno de bronce y otro de hierro. Notó que las patas de las ranas comenzaban a estremecerse y pensó que cierta energía animal quedaba en ellas todavía. Pero otro científico italiano, Volta, demostró que el estremecimiento se debía a que estos dos diferentes metales tomaban parte en la producción de electricidad.

volta cientifico creador de la pila

Volta, inventor de la pila eléctrica

Pronto Volta hizo la primera batería, apilando planchas de cobre y de cinc alternadamente una sobre la otra, y separadas sólo por paños empapados en una mezcla débil de ácido y agua. Dos alambres, uno conectado a la plancha de cobre de un extremo y el otro a la plancha de cinc del otro extremo, daban paso a una continua corriente de electricidad.

Las baterías generan electricidad por medio de cambios químicos y aun las más poderosas no producen corrientes lo bastante grandes para muchas necesidades actuales. Los modernos generadores en gran escala producen electricidad por medio de imanes que rotan rápidamente.

Oersted, un danés, y Ampére, un francés, hicieron la mayor parte del trabajo que llevó a descubrir las relaciones entre la electricidad y el magnetismo; pero fue un inglés, Miguel Faraday, quien primero usó un imán en movimiento para producir una corriente eléctrica. Esto ocurrió hace más de un siglo.

Pronto nuevos inventos dé un físico belga, llamado Gramme, y un hombre de ciencia nacido en Alemania, sir Guillermo Siemens, abrieron la nueva era de la energía eléctrica en abundancia. Tomás Edison, un inventor norteamericano, fabricó las primeras bombillas eléctricas y así dio difusión a los beneficios de la electricidad en la vida diaria.

Medimos la fuerza de un generador —la fuerza que pone a una corriente en movimiento— en unidades llamadas voltios, en honor de Volta. Medimos la intensidad de la corriente en amperios, en honor de Ampére. Los voltios, multiplicados por los amperios, nos indican cuánto trabajo puede realizar una corriente, y medimos éste en vatios, en honor de Jacobo Watt, famoso por su invento de la máquina de vapor.

Ampliar Sobre el Descubrimiento de la Electricidad

LA ENERGÍA ATÓMICA: Miles de años transcurrieron desde que se dominó el fuego hasta que se empezó a utilizar la electricidad. Sin embargo, solamente se necesitaron tres generaciones para que surgiese el uso de la energía atómica. Los más grandes hombres de ciencia tardaron más de un siglo en descubrir los secretos del átomo, y no podemos pretender abarcar esa historia completa en una página. Pero podemos dar una rápida ojeada y ver cómo algunos de ellos se lanzaron a esa labor.

Ya en la antigua Grecia había ciertos filósofos que creían que toda la materia está constituida por partículas tan pequeñas que no se pueden dividir. Dieron a estas partículas el nombre de átomos, de dos palabras griegas que significan «no susceptible de ser dividido». Pero hasta hace poco más de 150 años había pocas pruebas, o ninguna, que apoyasen esta creencia.

Antes de 1800 los químicos conocían pocas substancias simples y puras, de la clase que ahora se llaman elementos, y no sabían mucho acerca de cómo combinar los elementos para formar compuestos. Pero en ese año, dos químicos ingleses, Carlisle y Nicholson, usaron una corriente eléctrica para descomponer el agua en dos elementos: hidrógeno y oxígeno. Con la electricidad pronto consiguieron los químicos una cantidad de otros elementos y pronto aprendieron que los elementos se combinan invariablemente en proporciones fijas según el peso.

centrales atomicas

Esto hizo que un químico inglés, Dalton, reviviera la teoría de los átomos. Él creía que cada elemento diferente está constituido por átomos distintos, y que cada uno de éstos tiene un peso especial. Pero poco después de que la gente comenzara a creer en la existencia de los átomos, o partículas indivisibles de materia, los hechos demostraron que los átomos pueden en realidad dividirse en partículas aún más pequeñas.

Primero Róntgen, un científico alemán, advirtió que ciertas substancias químicas pueden obscurecer una placa fotográfica aun cuando esté bien protegida. Había descubierto los rayos X, rayos hechos de partículas que no son átomos enteros. Más tarde, Madame Curie analizó un mineral llamado pechblenda, que emite rayos similares, y descubrió el elemento altamente radiactivo llamado radio. Las sales de radio emiten rayos sin desintegrarse aparentemente.

Marie Curie

Varios científicos, incluyendo a Rutherford y Soddy, estudiaron estos rayos y lograron descomponerlos en tres partes: rayos alfa, que poseen carga eléctrica positiva; rayos beta, o rayos de electrones, que conducen una carga negativa, y rayos gamma, o rayos X.

Más tarde, Rutherford bombardeó una lámina de oro con partículas alfa. Casi todas ellas atravesaron el oro, pero algunas rebotaron.

Esto le hizo suponer que los átomos de la lámina de oro no estaban contiguos, sino muy espaciados, como las estrellas en el cielo. También advirtió que hay gran espacio vacío dentro de cada átomo.

Madame Curie en el Laboratorio

Un danés llamado Niels Bohr encontró que en el centro de cada átomo hay partículas cargadas positivamente (protones) y partículas no cargadas (neutrones), apretadas para formar el centro o núcleo. A distancia del núcleo hay partículas mucho más pequeñas todavía, llamadas electrones, que poseen una carga de electricidad negativa. Estos electrones giran alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del Sol.

Otón Hahn, un físico alemán, fue uno de los primeros en descubrir cómo liberar energía de los átomos por reacción en cadena, en la cual los neutrones de un átomo chocan con el núcleo de otro átomo y lo destruyen, liberando así más neutrones, que golpean a su vez los núcleos de otros átomos. Otro alemán, Max Planck, ya había descubierto cómo calcular la cantidad de energía liberada cuando se fisiona un átomo.

Planck y Borh

Los Físicos Planck y Ruthenford

Actualmente obtenemos energía no sólo dividiendo átomos pesados (fisión nuclear), sino también combinando átomos livianos (fusión nuclear).

CUADRO EVOLUCIÓN DEL CONSUMO A LO LARGO DE LA HISTORIA:

cuadro consumo de energia en la historia

Se observa que el consumo de energía va vinculado directamente con el desarrollo de las sociedades, y se pueden diferenciar dos fases: 1) preindustrial donde la energía utilizada era la propia muscular, mas la generada por el carbón, desechos orgánicos. hidraúlica y eólica y 2) la actual a partir de la energía del vapor de agua, la electricidad y el petróleo.

Ampliar: La Energía Atómica

Ampliar: Energía Mareomotriz

Ampliar: Energía Geotérmica

Fuente Consultada:
La Técnica en el Mundo Tomo I CODEX – Globerama – Editorial Cuántica

Calor Producido Por la Corriente Electrica Aplicaciones

Calor Producido Por la Corriente Electrica Aplicaciones

Una corriente eléctrica se asemeja a una caravana de electrones; en movimiento; el conductor sería como un bosque contra cuyos árboles chocarían los electrones al recorrerlo produciendo una agitación general. Los «árboles» son en este caso átomos o moléculas del conductor y el movimiento que nace del choque con los electrones se traduce en un aumento de las vibraciones habituales de los átomos y moléculas. Dichas oscilaciones se perciben como temperatura. De ahí que el calor sea uno de los efectos invariables de la corriente eléctrica al pasar por un conductor. Podemos decir también que ese calor se produce al tratar la corriente de superar la resistencia del conductor.

RESISTENCIA
La resistencia de una sustancia es la dificultad que ofrece al paso de una corriente eléctrica. Puesto que una corriente es un flujo de electrones que saltan de un átomo a otro, la resistencia depende fundamentalmente de la firmeza con que los electrones están sujetos a los átomos.

En un buen conductor como el cobre, algunos de los electrones están muy débilmente unidos a los átomos y ía resistencia es muy pequeña, mientras que en un mal conductor de la electricidad (aislador) como el caucho, todos los electrones están firmemente unidos a sus respectivos núcleos y la resistencia es muy grande.

En los buenos conductores la resistencia depende del calibre y de la longitud. Cuanto más grueso y corto sea un conductor, tanto menor será su resistencia; cuanto más fino y largo, más resistirá al paso de la corriente, pues al reducirse su sección los electrones tienen menos espacio para pasar.

CONDUCTIBILIDAD Y  NATURALEZA QUÍMICA
Hay dos tipos de sustancias: las que conducen la corriente, llamadas «conductoras», y las que.no la conducen o «aisladoras». Pero entre las primeras se distinguen dos clases: conductores de primera clase y conductores de segunda clase.

Entre los de primera clase se encuentran los metales, cuya estructura química no varía por el paso de la corriente eléctrica; en ellas los electrones «viajan» solos. Los de segunda clase son los electrólitos, sustancias cuyas moléculas disueltas en agua se separan en iones o partículas electrizadas que al conducir la corriente (en solución o fundidos) sufren reacciones «electrolíticas» que alteran su constitución.

En estas sustancias los electrones son transportados por los iones hasta los bornes o «electrodos». De allí la disociación de los electrólitos al apartarse los iones de cargas eléctricas opuestas.

EL CALOR,  FORMA DE ENERGÍA
Veamos qué relación hay entre calor y trabajo. El calor es una forma de energía o capacidad de realizar un trabajo que consiste en vencer una cierta resistencia. Las distintas formas de energía pueden transformarse unas en otras. Por ejemplo, un cuerpo colocado a cierta altura posee energía «potencial» que, al caer el cuerpo, se transforma gradualmente en «cinética».

Al caer contra el suelo produce una pequeña cantidad de calor, como el martillo al dar contra el clavo. La energía se conserva (éste es un principio fundamental de la Física): en el ejemplo de la caída a medida que la energía potencial disminuye, la energía cinética o de movimiento aumenta  y  la  suma de  ambas permanece  constante.

EL TRABAJO MECÁNICO
Cuando una fuerza mueve un cuerpo efectúa un trabajo mecánico (en nuestro ejemplo, la fuerza que actúa es el peso del cuerpo) y ese trabajo es igual al producto de la fuerza por el camino recorrido en su dirección, es decir, por una longitud.

De modo que si queremos expresar el trabajo en unidades, la unidad de trabajo será igual a la unidad de fuerza multiplicada por la unidad de longitud. La unidad de fuerza se llama dina (en el sistema de medidas cuyas unidades fundamentales son el centímetro, el gramo-masa y el segundo, llamado por eso «sistema c.g.s.»).

La dina es la fuerza que aplicada al gramo-masa le comunica una aceleración de 1 centímetro por segundo a cada segundo. La unidad de longitud es el centímetro. Pero como la dina es una unidad muy pequeña, el trabajo de una dina a lo largo de 1 centímetro es una unidad diminuta, llamada ergio. Por eso se usa como unidad otra de diez millones de ergios, denominada julio (o joule).

EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR
En numerosas experiencias se comprueba que a la realización de un trabajo corresponde la aparición de una cantidad de calor. Por ejemplo, cuando usamos un inflador de bicicleta comprimimos un gas (el aire) y notamos que el tubo metálico se calienta.

Si se ha convertido un trabajo T en una cantidad de calor Q que verifica que T= J x Q, esa «J» es una cantidad constante que permite calcular la reciprocidad entre joules y calorías y se llama equivalente mecánico del calor.

Su valor es 4,18 (1 caloría equivale a 4,18 joules) y lo descubrió el gran sabio inglés James Joule (1818-1889) quien también enunció una sencilla fórmula que permite conocer la cantidad de calor producida poruña corriente eléctrica.

CORRIENTE  ELÉCTRICA Y CALOR
Para abreviar sus fórmulas, los físicos representan las magnitudes por letras, que son generalmente las iniciales de la palabra o la unidad que expresan. «T» significa «trabajo», medido en joules. «I» significa  «intensidad de la corriente», medida en  amperios. «R« significa «resistencia» del circuito, medida en ohmios. «t»  significa  «tiempo»,  medido en  segundos. «V» significa «voltaje», medido en  voltios.

El   trabajo   realizado   por  una   corriente   eléctrica depende del voltaje, de la intensidad de la corriente y, naturalmente, del tiempo transcurrido, o sea T = V x I x t que ue se expresa T = V .I. t (1) pues los signos de multiplicación (.) se sobreentienden.

Pero según la ley de Ohm: volt = ohmio x amperio,… ósea V = R x I

Al reemplazar «V» por su valor I x R en la fórmula anterior tenemos: T=R x I x l x t  ósea, T = R. I². t (2)

En otros términos, el trabajo  que efectúa una corriente eléctrica es, medido en joules, el resultado de multiplicar la resistencia del circuito en ohmios por el cuadrado de la intensidad en amperios y por los segundos de tiempo transcurrido.

El trabajo se obtiene en joules. Para transformarlo en calorías (una pequeña caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua) basta dividir por 4,18 ya que 4,18 julios equivalen a una pequeña caloría.

De modo que conociendo esta relación podemos saber con exactitud cuánto calor produce una corriente. Pero ignoraremos aún cuánta energía   útil  se  produce porque  ésta  depende  de nuestro  designio y siempre  se  gasta  una  parte  de esa energía en fenómenos colaterales indeseables.

CÓMO SE  APROVECHA   EL  EFECTO  CALÓRICO DE LA ELECTRICIDAD
En casi todos los artefactos eléctricos que producen calor o luz se emplean hilos metálicos de muy pequeño calibre y gran longitud, o que por su naturaleza oponen mucha dificultad al paso de la corriente. Estos hilos, arrollados en espiral, se llaman resistencias y logran un rendimiento próximo al 100 % al transformar la energía eléctrica en calor (no en luz).

Otro sistema basado en el mismo principio es el arco eléctrico, donde el hilo metálico es reemplazado por dos electrodos de carbón que también constituyen una resistencia. El arco se forma merced a los vapores de carbón incandescente y se logran temperaturas muy elevadas (unos 3.600°C). Hay otros métodos de producir calor y que sólo mencionaremos. Mediante corrientes alternas de alta frecuencia es posible calentar en todo su espesor sustancias no conductoras (aisladoras llamadas también «dieléctricos»)   por  el   sacudimiento   que   el  campo eléctrico produce en su masa.

Se logra un calentamiento muy uniforme, aprovechable en ciertas industrias (plásticos). Otro método es el calentamiento por inducción en el que se utiliza un campo electromagnético variable (ya hemos visto la relación entre electricidad y magnetismo). También se logra un calentamiento muy uniforme. Pero en estos dos métodos el rendimiento es muy inferior al ciento por ciento.

RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA
La resistencia total de un circuito depende, además de su longitud y calibre, de la resistencia especifica o resistividad de la sustancia que lo constituye, y que indicaremos por la letra «r».

La fórmula se obtiene así: la resistencia R del circuito es tanto más grande cuanto mayor es su longitud «l» y la resistividad «r» del material que lo compone. Por otra parte R es tanto más pequeño cuanto mayor es la sección «s» del conductor.

En resumen, R es igual a la resistividad multiplicada por la longitud y dividida por la sección del conductor, o sea: R = r.l/s

Esta fórmula guía a ios ingenieros en la elección de la sustancia conductora apropiada a cada caso, pues la resistividad «r» es característica de cada material, y hay tablas para conocerlas. Generalmente aumenta con la temperatura (excepto en los semiconductores, el carbón y otras sustancias o mezclas).

Ejemplo: Un calentador electrico para 220 Volt, tiene una resistencia  de 80 Ohmios. Calcular la cantidad de calor T que produce este calentador en 2 minutos.

Antiguo Calentador Eléctrico

Sabemos que: T = R. I². t

La corriente I la obtenemos de la ley de Ohm: I=V/R=220/80=2,75 Amperios

Entonces: T=80. (2.75)². 120 seg.=72.600 Joules y multiplicado por 0,24 lo pasamos a calorias: 17.224 cal.

LÁMPARAS ELÉCTRICAS DE FILAMENTO
Las aplicaciones prácticas del efecto térmico de la corriente son muy numerosas. Una de las más importantes es la lámpara eléctrica. Ésta se compone de un largo y fino filamento de tungsteno que ofrece una considerable resistencia al paso de la corriente (el filamento puede tener hasta 60 centímetros de largo aunque está arrollado en una espiral de menos de 2,5 centímetros de longitud).

La fórmula de Joule nos dice que cuanto mayor sea la resistencia del hilo conductor, mayor es el calor producido. En este caso, debido al escaso calibre y gran longitud, se produce suficiente calor como para que que el tungsteno se vuelva incandescente y emita una luz casi blanca. Aunque ahora parezca simple, los primeros intentos para hallar un filamento adecuado fueron penosos.

Thomas Alva Edison, el inventor americano de la primera lámpara eléctrica útil (1879) empleó hilos de bambú carbonizado y evitó que ardieran haciendo el vacío dentro de la lámpara, es decir, retirando el oxígeno necesario para la combustión. Luego se recurrió al filamento de tungsteno pero el metal se vaporizaba gradualmente y depositábase en una capa negruzca en la pared de vidrio. Para impedirlo, la mayoría de las lámparas actuales están llenas de un gas inerte como el argón, que no reacciona   con   el  metal   y  evita su   vaporización.

ESTUFAS ELÉCTRICAS
Las estufas eléctricas se componen también de un alambre arrollado en espiral que se calienta al rojo cuando pasa la corriente; entonces el hilo conductor no sólo caldea el aire sino que emite rayos caloríficos. El filamento se arrolla sobre un soporte de material no conductor y refractario para que soporte temperaturas bastante altas. Generalmente se usa mica o materiales cerámicos.

El metal de la resistencia es una aleación, por lo general de níquel y cromo. La mayoría de los otros metales se oxidarían (combinación con el oxígeno del aire) y se quemarían muy rápidamente. Existen calentadores llamados de inmersión porque se colocan dentro del agua que se desea calentar, construidos en forma similar a las estufas; su filamento queda  aislado  del  agua  por una  cápsula  metálica  hermética.

FUSIBLES
Los fusibles usados para proteger circuitos eléctricos, representan otra útil aplicación del efecto calórico de la electricidad. Si, por alguna razón, pasa por ellos una corriente más intensa que la prevista se calientan excesivamente y se derriten. Evitan así que el contacto fortuito entre dos cables desnudos, que permite a la corriente utilizar un camino más corto y fácil (de allí viene el nombre de «cortocircuito») sobrepase la capacidad prevista para el circuito  y pueda provocar un desastre.

El alambre de un fusible se compone de un metal o aleación de bajo punto dé fusión. Si una corriente demasiado intensa recorre el circuito engendra suficiente calor como para fundir el alambre del fusible. Esto corta el  circuito  y se  evitan  serios daños.

El fusible es un simple trozo de alambre fino cuya temperatura de fusión es muy inferior a la del resto del circuito. Se lo intercala de modo que toda la corriente deba pasar por él, y si la intensidad de ésta sobrepasa cierto límite el alambre del fusible se calienta hasta fundir, interrumpiendo el circuito.

HORNOS  ELÉCTRICOS
Otra aplicación importante son los hornos eléctricos. Existen dos tipos: el horno de resistencia que funciona como las estufas domésticas aunque en mayor escala y el horno de arco que se base en el arco eléctrico ya mencionado. Se utiliza la formación de chispas entre los dos electrodos mantenidos a corta distancia y la gran cantidad de calor producida se debe a la resistencia que ofrece el aire al paso de corriente por ser mal conductor.

Estos hornos de arco se usan para fundir metales y en algunos el metal se funde por el calor de dos electrodos de carbón puestos por encima del metal. En otros el mismo metal sirve de electrodo mientras que el otro es de carbono y se funde por el calor del arco.

PLANCHA ELECTRICA: Idem al caso anterior, utiliza calor generado por una resistencia a partir de la corriente eléctrica. las amas de casa todavía no no la podían utilizar ya que no existía la conexion a la red eléctrica y no se había inventado aun el termostato. El calor se producía en una resistencia colocada en el interior de la plancha que con el paso de la corriente eléctrica se calentaba por el efecto Joule.

Esto consiste en que la circulación de corriente eléctrica por la resistencia, desprende mas o menos cantidad de calor dependiendo de tres factores: el valor del cuadrado de la intensidad, la resistencia y el tiempo de funcionamiento del aparato eléctrico.

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°14 Enciclopedia de la Ciencia y La Tecnología – Ciencia: La Electricidad-

Tabla de Radiaciones Electromagneticas Ejemplos

Tabla de Radiaciones Electromagnéticas Ejemplos

Todas las emisión de radiaciones están presentes en los aspectos más variados de nuestra realidad, desde la función clorofílica de las plantas hasta las comunicaciones intercontinentales. Tal variedad de fenómenos determina, con frecuencia, una confusión sobre las particularidades y características de cada tipo de radiación; porque, aun cuando en conjunto sean todas emisiones de ondas sinusoidales, sus frecuencias y longitudes de onda peculiares les permiten desarrollar efectos  determinados.   Así,  los  rayos X,  que tienen  frecuencias muy altas pero cortas longitudes de onda, pueden atravesar perfectamente los tejidos animales y otros diversos materiales.

La radiación electromagnética se propaga en forma de ondas creadas por la oscilación en el espacio de campos eléctricos y magnéticos perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación. Todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad en el vacío, la velocidad de la luz c (300.000 Km/seg.), pero los distintos tipos de ondas tienen diferente longitud de onda y diferente frecuencia.

Estas dos magnitudes están relacionadas por la ecuación λ.f=c, de modo que a cada frecuencia le corresponde una única longitud de onda. El espectro completo de radiaciones electromagnéticas comprende una amplia variedad en longitudes de onda, desde las enormes ondas de baja frecuencia tan grandes como la Tierra, hasta los penetrantes rayos gamma, con longitudes más pequeñas que el núcleo de los átomos. Estos distintos tipos de radiación, si bien son producidos y detectados de maneras que les son propias, responden todos a la misma descripción ondulatoria de campos electromagnéticos.

Según la teoría electromagnética, las partículas cargadas aceleradas, como los electrones en una corriente variable dentro de un cable, irradian energía en forma de ondas. Las ondas de radio, de menos de 1010 Hz y longitudes mayores que 1 cm, pueden producirse y detectarse por circuitos eléctricos capaces de producir corrientes variables.

Este tipo de ondas es el que se ha utilizado para transmitir información «sin hilos», es decir, sin un cable que se extienda entre el transmisor y el receptor de información, desde los famosos experimentos de Hein-rich Hertz en el siglo pasado.

Al igual que la luz visible, las ondas de radio pueden ser reflejadas, refractadas y absorvidas.

En el cuadro siguiente se han reunido, por orden decreciente de frecuencias y creciente de longitudes de onda, los principales tipos de radiaciones que existen; los procesos de emisión, sus causas y medios de detección permitirán catalogar, de modo simple y rápido, las diversas clases de radiaciones, cuya serie, en conjunto, se denomina espectro electromagnético.

Es interesante observar que los receptores sensoriales del hombre sólo perciben las radiaciones de una pequeña zona del espectro (luz visible  y rayos  infrarrojos).

LA RADIACIÓN SE PRODUCE ENPOR FRECUENCIA
(CICLOS/SEG.)
TIPO DE LA RADIACIÓNPUEDE SER
DETECTADA POR
Explosión atómicaNúcleo atómico en oscilación1020Rayos gammaContador Geiger
Tubo de rayos X Trayectoria espiral de un electrón interno1018Rayos XPantalla de rayos X
Lámpara Trayectoria espiral de un electrón externo1016Rayos ultravioleta
Luz visible
Cámara fotográficaOjo
Estufa Trayectoria espiral de un electrón externo1012
1014
Rayos infrarrojos Receptores corporales
Sol Trayectoria espiral de un electrón1010 Micro-ondasPantalla de radar
Circuito oscilanteAntena Oscilación de la Carga En Un Conductor

106

104

Ondasde radio TelevisiónReceptor de radio

 

Ya se sabía que la luz era un movimiento ondulatorio antes de que Maxwell hiciera sus descubrimientos, pero no se había podido establecer de qué tipo era. Maxwell pudo demostrar que las oscilaciones provenían del campo eléctrico y magnético. Las ondas de Hertz tenían una longitud de onda de unos 60 cm, o sea que tenían una longitud de onda mucho más larga que las ondas de luz.

Actualmente reconocemos un espectro de radiación electromagnética que se extiende de  10 elevado a -15 m a 10 elevado a la 9 m.

Se subdivíde en franjas más pequeñas que a veces se solapan.

La ampliación del campo de la observación astronómica de las longitudes de onda visibles a otras longitudes de onda electromagnéticas ha revolucionado nuestro conocimiento del universo.

Las ondas de radio tienen una gama amplia de longitudes de onda, desde unos cuantos milímetros hasta varios kilómetros.

Las microondas son ondas de radio con longitudes de onda más cortas, entre I mm y 30 cm. Se utilizan en el radar y en los hornos de microondas.

Las ondas del infrarrojo de diferentes longitudes de onda son irradiadas por cuerpos a determinadas temperaturas. (Cuerpos a temperaturas más altas irradian bien ondas visibles, bien del ultravioleta).

La Tierra y su atmósfera irradian ondas del infrarrojo con longitudes de onda medías de unos 10 micrometros (u m) o I0″5 m (I u m = 10-6 m) a una temperatura media de 250K (-23°C).

Las ondas visibles tienen longitudes de onda de 400-700 nanómetros (nm) y  1 nm = 10 elevado a -9 m). El punto más alto de la radiación solar (con una temperatura de 6000K/6270°C) se alcanza a una longitud de onda de unos 550 nm, que es donde el ojo humano es más sensible.

Las ondas ultravioletas tienen longitudes de onda de entre unos 380 nm hasta 60 nm. La radiación de estrellas más bien calientes (más de 25.000K/25.000°C) se desvía hacia las zonas violetas y ultravioletas del espectro.

Los rayos X tienen longitudes de onda de aprox. 10 nm a 10 elevado a -4 nm.

Los rayos gamma tienen longitudes de onda menores a 10″‘1 m. Los emiten determinados núcleos radioactivos y se desprenden en algunas reacciones nucleares.

Nótese que los rayos cósmicos que continuamente bombardean la Tierra desde el espacio exterior no son ondas electromagnéticas, sino protones y partículas x (es decir, núcleos de átomos de hidrógeno y helio; de alta velocidad, además de algunos núcleos más pesados.

frecuencias y longitud de onda del espectro electromagneticoHaz Clic Para Otra Tabla

Fuerza de rozamiento Importancia Fuerza Concepto Definicion

CONCEPTO E IMPORTANCIA DE LA FUERZA DE ROZAMIENTO

Si no existiera rozamiento: Ya hemos visto lo diversas e inesperadas que son las formas en que se manifiesta el rozamiento a nuestro alrededor. El rozamiento toma parte muy importante incluso allí donde nosotros ni lo sospechamos. Si el rozamiento desapareciera repentinamente, muchos de los fenómenos ordinarios se desarrollarían de formas completamente distintas.

El papel del rozamiento fue descrito de una manera muy pintoresca por el físico francés Guillaume: «Todos hemos tenido ocasión de salir a la calle cuando ha helado. !Cuánto trabajo nos ha costado evitar las caídas! ¡Cuántos movimientos cómicos tuvimos que hacer para poder seguir en pie! Esto nos obliga a reconocer que, de ordinario, la tierra por que andamos posee una propiedad muy estimable, gracias a la cual podemos conservar el equilibrio sin gran esfuerzo.

vida en condicones extremas

Esta misma idea se nos ocurre cuando vamos en bicicleta por un pavimento resbaladizo o cuando un caballo se escurre en el asfalto y se cae. Estudiando estos fenómenos llegamos a descubrir las consecuencias a que nos conduce el rozamiento.

Los ingenieros procuran evitar el rozamiento en las máquinas, y hacen bien. En la Mecánica aplicada se habla del rozamiento como de un fenómeno muy pernicioso, y esto es cierto, pero solamente dentro de los límites de un estrecho campo especial. En todos los demás casos debemos estar agradecidos al rozamiento.

El nos da la posibilidad de andar, de estar sentados y de trabajar sin temor a que los libros o el tintero se caigan al suelo o de que la mesa resbale hasta toparse con algún rincón o la pluma se nos escurra de entre los dedos.

El rozamiento es un fenómeno tan difundido que, salvo raras excepciones, no hay que pedirle ayuda; él mismo nos la ofrece.

El rozamiento da estabilidad. Los albañiles nivelan el suelo de manera que las mesas y las sillas se quedan allí donde las ponemos. Si sobre una mesa colocamos platos, vasos, etc., podemos estar tranquilos de que no se moverán de sus sitios, a no ser que esto ocurra en un barco cuando hay oleaje.

Imaginémonos que el rozamiento se puede eliminar por completo. En estas condiciones, los cuerpos, tengan las dimensiones de una peña o las de un pequeño granito de arena, no podrán apoyarse unos en otros: todos empezarán a resbalar o rodar y así continuarán hasta que se encuentren a un mismo nivel. Si no hubiera rozamiento, la Tierra sería una esfera sin rugosidades, lo mismo que una gota de agua.»

A esto podemos añadir, que si no existiera el rozamiento los clavos y los tornillos se saldrían de las paredes, no podríamos sujetar nada con las manos, los torbellinos no cesarían nunca, los sonidos no dejarían de oírse jamás y producirían ecos sin fin, que se reflejarían en las paredes sin debilitarse.

Arriba, un trineo cargado sobre un camino de hielo; dos caballos arrastran una carga de 70 toneladas. Abajo, el camino de hielo; A, carril; B, deslizaderas del trineo; C, nieve apisonada; D, fundamento de tierra de la carretera

Las heladas nos dan siempre buenas lecciones de la gran importancia que tiene el rozamiento. En cuanto nos sorprenden en la calle nos sentimos incapaces de dar un paso sin temor a caernos. Como muestra instructiva reproducimos las noticias que publicaba un periódico en una ocasión (en diciembre de 1927):

«Londres, 21. Debido a la fuerte helada, el tráfico urbano y tranviario se ha hecho muy difícil en Londres. Cerca de 1 400 personas han ingresado en los hospitales con fracturas de brazos y piernas».
«Cerca del Hyde Park chocaron tres automóviles y dos vagones del tranvía. Los automóviles resultaron totalmente destruidos por la explosión de la gasolina …»

«París, 21. La helada ha ocasionado en París y sus alrededores numerosos accidentes …»

Y sin embargo, el hecho de que el hielo ofrezca poco rozamiento puede ser útil para fines técnicos. Un ejemplo son los trineos ordinarios. Otra demostración aun más convincente son los llamados caminos de hielo, que se hacían para transportar los leños desde el lugar de la tala hasta el ferrocarril o hasta el punto de lanzamiento a un río para su transporte por flotación. Por estos caminos , que tienen una especie de raíles lisos helados, un par de caballos puede arrastrar un trineo cargado con 70 toneladas de troncos.

Fuente Yakov Perelman
Física Recreativa

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La Fuerza de Gravedad, es Grande? Valor de la Fuerza de Atraccion

LA FUERZA DE GRAVEDAD, ¿CUÁN GRANDE ES?…

¿Es grande la fuerza de la atracción?: «Si la caída de los cuerpos no fuera una cosa que vemos a cada instante, sería para nosotros el fenómeno más asombroso», escribía el célebre astrónomo francés Arago. La costumbre hace que el hecho de que la Tierra atraiga a todos los cuerpos nos parezca un fenómeno natural y ordinario. Pero cuando se nos dice que los cuerpos también se atraen entre sí nos resistimos a creerlo, porque en las condiciones normales de nuestra vida no vemos nada semejante.

Efectivamente, ¿por qué en torno nuestro no se manifiesta constantemente, en las circunstancias normales, la ley de la atracción universal? ¿Por qué no vemos cómo se atraen entre sí las mesas, las sandías, las personas?.

Porque cuando los objetos son pequeños la fuerza de atracción que ejercen es muy pequeña.

Citaré un ejemplo ilustrativo. Dos personas que se encuentren a dos metros de distancia entre sí se atraen mutuamente, pero la fuerza de esta atracción es insignificante. Suponiendo que estas dos personas tienen un peso medio, la atracción será de 1/100 de miligramo.

Esto quiere decir que estas dos personas se atraen mutuamente con la misma fuerza con que una pesita de 1/100.000 de gramo presiona sobre el platillo de una balanza.

Solamente las balanzas de extraordinaria sensibilidad de los laboratorios de investigación pueden apreciar un peso tan insignificante.  


La atracción del Sol hace que se curve la trayectoria de la Tierra E. La inercia hace que el planeta tienda a seguir la línea tangente ER

Claro está que esta fuerza no puede hacer que nos movamos del sitio, puesto que lo impide el rozamiento entre las suelas de nuestros zapatos y el suelo. Para que nos movamos, estando sobre un suelo de madera, por ejemplo (la fuerza de rozamiento entre las suelas de los zapatos y el suelo será en este caso igual al 30% del peso de nuestro cuerpo) hace falta que sobre nosotros actúe una fuerza mínima de 20 kg.

Resulta cómico comparar esta fuerza con la de una centésima de miligramo, que es la que ejerce la atracción. Un miligramo es la milésima parte de un gramo, y un gramo es la milésima parte de un kilogramo; por lo tanto, 0,01 mg. será… ¡la mitad de la mil millonésima parte de la fuerza necesaria para hacer que nos movamos del sitio! Siendo así, ¿qué tiene de particular que, en condiciones normales, no nos demos ni la más leve cuenta de la atracción entre los cuerpos terrestres?

Si no existiera el rozamiento sería otra cosa; entonces nada impediría que hasta la más leve atracción provocara la aproximación de los cuerpos entre sí. Pero en este caso la aproximación mutua de dos personas producida por una fuerza de atracción de 0,01 mg sería también muy lenta, es decir, se realizaría con unavelocidad insignificante.

Por medio de cálculos se puede demostrar que, si no existiera rozamiento, dos personas situadas a 2 m de distancia se aproximarían entre sí (por influjo de la atracción mutua) 3 cm durante la primera hora, 9 cm durante la segunda y 15 cm durante la tercera. El movimiento de aproximación se iría acelerando, pero las dos personas no llegarían a juntarse antes de cinco horas.

La atracción entre los cuerpos terrestres se puede notar en aquellos casos en que la fuerza de rozamiento no es un obstáculo, es decir, cuando los cuerpos no se mueven. Un peso colgado de un hilo se halla sometido a la atracción de la Tierra (por eso el hilo está dirigido verticalmente), pero si cerca de este peso se encuentra un cuerpo cuya masa sea grande, aquél será atraído por éste y el hilo se desviará ligeramente de su posición vertical y tomará la dirección de la resultante entre la atracción de la Tierra y la del cuerpo, que será relativamente muy pequeña.

La desviación de una plomada en las proximidades de una gran montaña fue observada por vez primera en el año 1775 en Escocia, por Maskelyne, quien comparó la dirección de dicha plomada con la del polo celeste, por los dos lados de una misma montaña. Posteriormente se realizaron otros experimentos más perfectos, utilizando balanzas especiales, que permitieron determinar exactamente la fuerza de la atracción.

Como hemos visto, la fuerza de la atracción entre masas pequeñas es insignificante. A medida que aumenten las masas crece la atracción proporcionalmente al producto de éstas. Pero hay algunas personas propensas a exagerar esta fuerza. Hasta un científico, aunque no físico, sino zoólogo, intentó demostrarme en una ocasión que la atracción que suele observarse entre los barcos se debe a la atracción universal.

Por medio de cálculos no es difícil demostrar que la atracción universal no tiene nada que ver con esto. Dos navíos de línea de 25.000 t cada uno que se encuentren a 100 m de distancia entre sí se atraerán mutuamente con una fuerza total de… 1400 g. Lógicamente esta fuerza es incapaz de producir el más mínimo acercamiento entre dichos barcos. La causa verdadera de la misteriosa atracción que existe entre los barcos es otra, que explicaremos en el capítulo dedicado a las propiedades de los líquidos.

Pero la fuerza de atracción, que es tan insignificante entre masas pequeñas, se hace muy sensible cuando se trata de masas tan colosales como las de los cuerpos celestes. Baste decir que incluso un planeta tan alejado de nosotros como Neptuno, que gira casi en el límite del sistema solar, nos manda su «saludo» atrayendo a la Tierra con una fuerza de… ¡18 millones de toneladas! A pesar de la enorme distancia que nos separa del Sol, la Tierra se mantiene en su órbita gracias a su atracción.

Si la atracción que ejerce el Sol desapareciera por cualquier causa, la Tierra, siguiendo una dirección tangencial a su órbita actual, se lanzaría a recorrer eternamente la profundidad insondable del espacio cósmico.  

Fuente Yakov Perelman
Física Recreativa

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Variacion de la Presion Con La Altura Formula y Ejemplo

Variacion de la Presion Con La Altura Formula y Ejemplo

atmosfera


En los artículos anteriores hemos viajado mentalmente por las entrañas de la Tierra.

Nos ha ayudado a realizar estos viajes la fórmula que relaciona la presión del aire con la profundidad.

Ahora vamos a tener el valor de remontarnos a las alturas y aplicando esta misma fórmula veremos como varía la presión del aire en ellas.

En este caso la fórmula toma el aspecto siguiente:

p= 0,999 h/8


donde p es la presión en atmósferas y h es la altura en metros.

El número decimal 0,999 ha sustituido al 1,001, porque cuando nos trasladamos hacia arriba 8 m la presión no aumenta en 0,001, sino que disminuye en 0,001.

Para empezar resolvamos el problema siguiente: ¿A qué altura hay que elevarse para que la presión del aire se reduzca a la mitad?.

Para esto haremos p =0,5 en nuestra fórmula y buscaremos la altura h .

Tendremos la ecuación:

0,5 = 0,999 h/8


cuya resolución no presenta dificultades para los lectores que sepan manejar los logaritmos.

La respuesta h =5,6 km determina la altura a la cual la presión del aire debe reducirse a la mitad.

Sigamos subiendo tras los valerosos aeronautas soviéticos que en los estratostatos «URSS» y «OAX – 1» establecieron en 1933 y 1934 respectivamente los records del mundo de altura, el primero con una marca de 19 km y el segundo con la de 22 km. Estas altas regiones de la atmósfera se hallan ya en la llamada «estratosfera».

Por esto, los globos en que se realizaron estas ascensiones no se llaman aeróstatos, sino estratostatos.

Calculemos cuál es la presión atmosférica a esas alturas.

Para la altura de 19 km hallamos que la presión del aire debe ser : 

0,999 19.000/8 = 0,095 atm = 72 mm.


Para los 22 km de altura

0,999 22.000/8 = 0,066 atm = 50 mm.


Pero si leemos las notas de los «estratonautas» veremos que a las alturas antedichas se indican otras presiones. A 19 km de altura la presión era de 50 mm y a la de 22 km, de 45 mm.

¿Por qué no se cumplen los cálculos? ¿En qué consiste nuestro error?

La ley de Mariotte para los gases es perfectamente aplicable a estas presiones tan bajas. Pero cometimos un error al considerar que la temperatura del aire es igual en todo el espesor de los 20 km, cuando en realidad desciende notablemente al aumentar la altura.

Se considera que, por término medio, la temperatura desciende 6,5° por cada kilómetro de elevación.

Así ocurre hasta los 11 km de altura, donde es igual a 56° bajo cero. Después, durante un espacio considerable permanece invariable. Si tenemos en cuenta esta circunstancia (para esto no son suficientes los procedimientos de las matemáticas elementales), se obtiene un resultado que concuerda mucho mejor con la realidad.

Por esta misma razón, los resultados de los cálculos que antes hicimos, relativos a la presión del aire a grandes profundidades, también deben considerarse solamente como aproximados.

Para terminar debemos decir que el «techo» alcanzado por el hombre ahora es mucho más alto. Muchos aviones fabricados en serie vuelan ya a 25-30 kilómetros de altura. Ya en el año 1961 los aviadores soviéticos establecieron el récord del mundo de altura con una marca de 34,7 km.  

Fuente Yakov Perelman Física Recreativa

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Como es la vida adentro de una mina profunda Presión y Temperatura

La Vida Adentro de una Mina Profunda-Presión y Temperatura

mina profunda

Ver: Descarga de los Libros de Física y Matemática Curiosa de Perelman

¿Quién ha llegado más cerca del centro de la Tierra? (En realidad, no en las novelas.) Los mineros, naturalmente. Ya sabemos  que la mina más profunda se encuentra en Africa del Sur. Su profundidad es mayor de 3 km.

Al decir esto tenemos en cuenta no la penetración de los taladros de perforación de pozos, que han alcanzado hasta 7,5 km, sino las profundidades a que han penetrado los propios hombres. El escritor francés, doctor Luc Durtain que visitó un pozo de la mina Morro Velho, cuya profundidad es de cerca de 2.300 m, escribía:

«Los célebres yacimientos auríferos de Morro Velho se encuentran a 400 Km. de Río de Janeiro. Después de 16 horas de viaje en tren por sitios montañosos, descendemos a un valle profundo rodeado por la selva. Una compañía inglesa explota aquí filones auríferos a una profundidad a la que antes nunca había descendido el hombre.»

El filón va oblicuamente hacia abajo. La mina lo sigue formando seis pisos. Pozos verticales y galerías horizontales. Un hecho que caracteriza extraordinariamente a la sociedad contemporánea es que la mina más profunda que se ha abierto en la corteza terrestre, el intento más intrépido hecho por el hombre para penetrar en las entrañas de la Tierra, es para buscar oro.
Póngase la ropa de trabajo de lona y la cazadora de cuero. Tenga cuidado; cualquier piedrecita que caiga por el pozo puede herirle. Nos va a acompañar uno de los «capitanes» de la mina. Entra usted en la primera galería. Está bien iluminada. Un viento helado a 4° le hace temblar; es la ventilación para refrigerar las profundidades de la mina.

Después de descender en una estrecha jaula metálica por el primer pozo hasta una profundidad de 700 m, llega usted a la segunda galería. Baja usted por el segundo pozo. El aire está caliente. Ya está usted más bajo que el nivel del mar.

A partir del pozo siguiente el aire quema la cara. Sudando a chorros y agachado, porque el techo es bajo, avanza usted en dirección al ruido de las máquinas perforadoras. Envueltos en un polvo denso trabajan unos hombres semidesnudos; el sudor chorrea por sus cuerpos; las botellas de agua pasan de mano en mano. No toque usted los trozos de mineral recién desprendidos, están a 57° de temperatura.

¿Y para qué esta realidad tan espantosa y abominable?… Cerca de 10 kilogramos de oro al día …»

Al describir las condiciones físicas que existían en el fondo de la mina y el grado de explotación a que estaban sometidos los mineros, el autor francés menciona la alta temperatura pero nada dice de que la presión del aire fuera grande.

Calculemos cuál será esta presión a 2.300 m de profundidad. Si la temperatura fuera la misma que en la superficie de la tierra, de acuerdo con la fórmula que conocemos, la densidad del aire aumentaría en

(1,001) 2.300/8 = 1,33 veces.

Pero en realidad la temperatura no permanece invariable, sino que se eleva. Por esto la densidad del aire no aumenta tanto, sino menos.

En definitiva, tenemos que la diferencia entre la presión del aire en el fondo de la mina y en la superficie de la tierra no es más que un poco mayor que la que existe entre la del aire caliente del verano y la del aire frío del invierno.

Por esto se comprende que esta circunstancia no llamase la atención del visitante de la mina.

En cambio tiene mucha importancia la notable humedad del aire a estas mismas profundidades, que hace que la permanencia en ellas sea insoportable cuando la temperatura es alta.

En una de las minas de Africa del Sur (Johannesburg), de una profundidad de 2.553 m, a 50° de temperatura la humedad llega al 100%; en esta mina se instaló lo que se llama «clima artificial». La acción refrigerante de esta instalación equivale a 2.000 t de hielo.  

Fuente Consultada:
Física Recreativa de Yakov Perelman

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El Mar Muerto, donde nadie de ahoga Porque? Caracteristicas

EL MAR MUERTO, DONDE NADIE SE AHOGA,…¿POR QUE?

El Agua Salada del Mar Impide Sumergirse y  No Es Posible Ahogarse
Este mar existe y se encuentra en un país que conoce la humanidad desde los tiempos más remotos. Se trata del célebre Mar Muerto de Palestina. Sus aguas son extraordinariamente saladas, hasta tal punto que en él no puede existir ningún ser vivo. El clima caluroso y seco de Israel hace que se produzca una evaporación muy intensa en la superficie del mar. Pero se evapora agua pura, mientras que la sal se queda en el mar y va aumentando la salinidad de sus aguas.

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Ver: Descarga de los Libros de Física y Matemática Curiosa de Perelman

Esta es la razón de que las aguas del Mar Muerto contengan no un 2 ó 3 por ciento (en peso) de sal, como la mayoría de los mares y océanos, sino un 27 o más por ciento. Esta salinidad aumenta con la profundidad. Por lo tanto, una cuarta parte del contenido del Mar Muerto está formada por la sal que hay disuelta en el agua.

La cantidad total de sal que hay en este mar se calcula en 40 millones de toneladas.

La gran salinidad del Mar Muerto determina una de sus peculiaridades, que consiste en que sus aguas son mucho más pesadas que el agua de mar ordinaria. Hundirse en estas aguas es imposible.

El cuerpo humano es más liviano que ellas.
El peso de nuestro cuerpo es sensiblemente menor que el de un volumen igual de agua muy salada y, por consiguiente, de acuerdo con la ley de la flotación, el hombre no se puede hundir en el Mar Muerto, al contrario, flota en su superficie lo mismo que un huevo en agua salada (aunque en el agua dulce se hunde).

Mark Twain estuvo en este lago-mar y después escribió humorísticamente las extrañas sensaciones que él y sus compañeros experimentaron bañándose en sus aguas:

«Fue un baño muy divertido. No nos podíamos hundir. Se podía uno tumbar a lo largo sobre la espalda y cruzar los brazos sobre el pecho y la mayor parte del cuerpo seguía sobre el agua. En estas condiciones se podía levantar la cabeza por completo.

Se puede estar tumbado cómodamente sobre la espalda, levantar las rodillas hasta el mentón y abrazarlas con las manos. Pero en este caso se da la vuelta, porque la cabeza resulta más pesada. Si se pone uno con la cabeza hundida y los pies para arriba, desde la mitad del pecho hasta la punta de los pies sobresale del agua; claro que en esta posición no se puede estar mucho tiempo.

Si se intenta nadar de espaldas no se avanza casi nada, ya que las piernas no se hunden en el agua y sólo los talones encuentran apoyo en ella. Si se nada boca abajo no se va hacia adelante, sino hacia atrás.

En el Mar Muerto el equilibrio del caballo es muy inestable, no puede ni nadar ni estar derecho, inmediatamente se tumba de costado».

En la figura de abajo se puede ver un bañista que descansa comodísimamente sobre las aguas del Mar Muerto. El gran peso específico del agua le permite estar en esta posición, leer el libro y protegerse con la sombrilla de los ardientes rayos del Sol.

El agua de Kara-Bogas-Gol (golfo del Mar Caspio) tiene estas mismas propiedades y las del lago Eltón no son menos saladas, puesto que contienen un 27% de sal.

Un bañista en el Mar Muerto.  Mar Muerto, lago salino situado entre Israel, Cisjordania y Jordania. Con una profundidad oficial que alcanza los 408 m bajo el nivel del mar (según unas mediciones realizadas en 2006, alcanzaría los 418 m), se considera el lugar más bajo de la tierra emergida, sin tener en cuenta la sima antártica Bentley, cubierta hoy día por hielo.

Algo parecido sienten los enfermos que toman baños salinos. Cuando la salinidad del agua es muy grande, como ocurre, por ejemplo, con las aguas minerales de Staraia Russa, los enfermos tienen que hacer no pocos esfuerzos para mantenerse en el fondo del baño.

Yo he oído como una señora que tomó los baños de Staraia Russa se quejaba de que el agua «la echaba materialmente fuera del baño». Según ella la culpa de esto la tenía … la administración del balneario.

El grado de salinidad de las aguas de los distintos mares oscila un poco y a esto se debe que los barcos no se sumerjan en ellas hasta un mismo sitio. Algunos de nuestros lectores habrán visto el signo que llevan los barcos cerca de la línea de flotación, llamado «marca de Lloyd», que sirve para indicar el nivel límite de la línea de flotación en aguas de distinta densidad.

Por ejemplo, la marca representada en la fig. 52 indica los niveles límite de la línea de flotación siguientes:  

en agua dulce (Fresh Water)

FW

en el Océano Indico (India Summer)

IS

en agua salada en verano (Summer)

S

en agua salada en invierno (Winter)

W

en el Atlántico del norte en invierno (Winter North Atlantik)

WNA

Antes de terminar este artículo quiero advertir que existe una variedad de agua que aún estando pura, es decir, sin contener otros cuerpos, es sensiblemente más pesada que la ordinaria. Este agua tiene un peso específico de 1,1, es decir, es un 10% más pesada que la común, por consiguiente, en una piscina con agua de este tipo lo más probable es que no se ahogue nadie, aunque los que se bañen no sepan nadar.

Este agua se llama agua «pesada» y su fórmula química es D 2 0 (el hidrógeno que entra en su composición está formado por átomos dos veces más pesados que los del hidrógeno ordinario. Este hidrógeno se designa con la letra D). El agua «pesada» se encuentra disuelta en el agua común en cantidades muy pequeñas. Un cubo de agua potable contiene cerca de 8 g de agua «pesada».  

Disco de carga máxima en el costado de un buque. Las marcas se hacen al nivel de la línea de flotación. Para que se vean mejor se muestran aparte aumentadas. El significado de las letras se explica en el texto.

El agua pesada de fórmula D 2 O (hay 17 tipos de agua pesada, cuyas composiciones son distintas) se obtiene actualmente casi pura, puesto que la cantidad de agua ordinaria que hay en ella constituye aproximadamente un 0,05%. Este agua se emplea mucho en la técnica atómica, especialmente en los reactores atómicos. Se obtiene en grandes cantidades del agua ordinaria por procedimientos industriales

Fuente Yakov Perelman
Física Recreativa

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Curiosa Situacion Física-Vuelo en Globo-Yakov Perelman

CURIOSA SITUACIÓN FÍSICA PARA VOLAR ECONÓMICO

vida en condicones extremas

El procedimiento mas barato de viajar:
El ingenioso escritor francés del siglo XVII, Cyrano de Bergerac cuenta en su «Historia Cómica de los Estados e Imperios de la Luna» (1652), entre otras cosas, un caso sorprendente que, según dice, le ocurrió a él mismo.

Un día, cuando estaba haciendo experimentos de Física, fue elevado por el aire de una forma incomprensible con sus frascos y todo. Cuando al cabo de varias horas consiguió volver a tierra quedó sorprendido al ver que no estaba ni en Francia, ni en Europa, sino en América del Norte, ¡en el Canadá!

¿Se puede ver desde un aeróstato cómo gira la Tierra? (El dibujo no se atiene a escala)

No obstante, el escritor francés consideró que este vuelo transatlántico era completamente natural. Para explicarlo dice que mientras el «viajero a la fuerza» estuvo separado de la superficie terrestre, nuestro planeta siguió girando, como siempre, hacia oriente, y que por eso al descender sentó sus pies no en Francia, sino en América.

¡Que medio de viajar más fácil y económico! No hay más que elevarse sobre la superficie de la Tierra y mantenerse en el aire unos cuantos minutos para que al descender nos encontremos en otro lugar, lejos hacia occidente.

¿Para qué emprender pesados viajes por tierra o por mar, cuando podemos esperar colgando en el aire hasta que la misma Tierra nos ponga debajo el sitio a donde queremos ir?.

Desgraciadamente este magnífico procedimiento es pura fantasía.

En primer lugar, porque al elevarnos en el aire seguimos sin separarnos de la esfera terrestre; continuamos ligados a su capa gaseosa, es decir, estaremos como colgados en la atmósfera, la cual también toma parte en el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje.

El aire (o mejor dicho, su capa inferior y más densa) gira junto con la Tierra y arrastra consigo todo lo que en él se encuentra: las nubes, los aeroplanos, los pájaros en vuelo, los insectos, etc., etc.

Si el aire no tomara parte en el movimiento de rotación de la Tierra sentiríamos siempre un viento tan fuerte, que los huracanes más terribles parecerían ligeras brisas comparadas con él (La velocidad del huracán es de 40 m por segundo o 144 km por hora.

Pero la Tierra, en una latitud como la de Leningrado, por ejemplo, nos arrastraría a través del aire con una velocidad de 240 m por segundo, es decir, de 828 km por hora, y en la región ecuatorial, por ejemplo, en Ecuador, esta velocidad sería de 465 m por segundo, o de 1.674 km por hora).

Porque lo mismo da que estemos nosotros fijos en un sitio y que el aire pase junto a nosotros o que, por el contrario, sea el aire el que está quieto y nosotros los que nos movemos dentro de él; en ambos casos el viento será igual de fuerte. Por ejemplo, un motociclista que avance a una velocidad de 100 km por hora sentirá un viento fuerte de frente aunque el aire esté en calma.

En segundo lugar, aunque pudiéramos remontarnos hasta las capas superiores de la atmósfera o la Tierra no estuviera rodeada de aire, el procedimiento de viajar económicamente ideado por el satírico francés sería también irrealizable.

Efectivamente, al separarnos de la superficie de la Tierra en rotación continua seguiríamos, por inercia, moviéndonos con la misma velocidad que antes, es decir, con la misma velocidad a que se movería la Tierra debajo de nosotros.

En estas condiciones, al volver a la Tierra nos encontraríamos en el mismo sitio de donde partimos, de igual manera que cuando damos saltos dentro de un vagón de ferrocarril en marcha caemos en el mismo sitio. Es verdad que por inercia nos moveremos en línea recta (tangencialmente a la superficie terrestre), mientras que la Tierra seguiría un arco debajo de nosotros, pero tratándose de lapsos de tiempo pequeños esta diferencia no se nota.

Fuente Yakov Perelman Física Recreativa

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