LEYES ELÉCTRICAS

PRINCIPALES LEYES ELÉCTRICAS

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E).

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

                            

LA LEY DE COULOMB

La ley de Coulomb dice que la intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.

                          

Charles Austin Coulomb en 1785 desarrollo un aparato que el llamo la barra de torsión , construidas con fibras que permitan un fácil desplazamiento, en esta colocó esferas con diferentes cargas eléctricas.

                                

Dichas mediciones permitieron determinar la ecuación de la ley de Coulomb:

                       

F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).

q = son las cargas sometidas al experimento.

Epsilon = permitividad.

ud = vector director que une las cargas q1 y q2.

d = distancia entre las cargas.

                         

El efecto Joule.

Cuando la electricidad circula o pasa por un conductor o una resistencia, se produce un calor. A este calor producido se le denomina El efecto de Joule.

El físico James Prescott Joule en un experimento realizado con un calorímetro dictaminó que 1 Julio es igual a 0,24 calorías. Es decir, realizó un experimento sobre la energía (julio) transformada plenamente en calor (caloría).

Así tenemos que:

Donde:

Q= Calor.

E= Energía.

Esta fórmula, puesta de esta manera, poca utilidad le puede sacar un eléctrico. Pero si la combinamos con la potencia y el tiempo: E=P*t y P=R*I² tendremos una ecuación más útil para un eléctrico:

Donde:

Q= Calor.

R= Resistencia.

I= Intensidad.

t= Tiempo.

El calor específico.

Al calor específico se la llama a la cantidad de calor necesaria para aumentar 1°C la temperatura de 1 gramo de cualquier sustancia.

Existen multitud de tablas físicas donde salen los valores calóricos de multitud de sustancias. Aún así, os dejo la fórmula por si os falta el valor del calor específico:

Donde:

Q= Cantidad de calor.

m= Masa.

c= Calor específico.

Δt= Variación del tiempo.

Las leyes de Kirchhoff.

Cuando tenemos circuitos eléctricos con más de una pila o generador se tienen que aplicar las leyes de Kirchhoff para poder resolver el circuito. Existen dos leyes de Kirchhoff:

1. Ley de Kirchhoff.

Dice: "la suma de las intensidades que van hacia un nudo es igual a la suma de las intensidades que se alejan del mismo nudo."

¿Os acordáis de aquella máxima de física de que la suma de todas las fuerzas es igual a cero? Pues con la primera ley de Kirchhoff sucede exactamente lo mismo.

En este dibujo podemos observar que existen dos nudos: A y B.

En este gráfico se puede observar con más claridad. Tanto I₁ comoI₂ se acercan al nudo que llamamos A, sin embargo, I₃ se aleja del nudo. Así, que la primera ley de Kirchhoff será:

Nota: Con el nudo B sucedería a la inversa, es decir, la I₃ entra en el nudo B, mientras, que I₂ y I₁ salen del nudo B.

2. Ley de Kirchhoff.

Esta segunda ley de Kirchhoff hace referencia a las tensiones.

Aquí tenemos que explicar primero el concepto de malla. Y para ello nos vamos a servir del mismo dibujo de arriba:

En este dibujo podemos observar dos mallas:

1ª Malla. Es la que comprende los elementos: E₁, R₁, R₂ y E₂.

2ª Malla. Es la que comprende los elementos: E₂, R₂ y R_L.

Como podéis ver las mallas son como subcircuitos cerrados dentro del mismo circuito. Esto es importante saberlo y, sobretodo, saber identificar cada malla. Para ello, basta en señalar los nudos del circuito y seguir las corrientes que producen los generadores o pilas.

Pues bien, ahora que ya sabemos lo que es una malla podemos enunciar la segunda ley de Kirchhoff: "En una malla la suma de todas las diferencias de potencial es igual a cero".

En este dibujo observamos de que manera hemos resuelto las polaridades o los signos positivos y negativos. Este dato es importante hacerlo porque de otra manera no resolveriamos satisfactoriamente las ecuaciones. Para ello, hemos seguido la f.e.m. del propio generador o pila. Obtenemos la siguiente ecuación:

ELECTRICIDAD

                                 Origen de la carga eléctrica.

Todos los materiales están compuestos de átomos y estos, a su vez, de electrones, protones y neutrones.

1. En condiciones normales, el número de electrones es igual al de protones por lo que el material no tiene propiedades eléctricas. 

Q=Ne·qe+Np·qp=q·(Np-Ne)=0 q=|qe|=|qe|

2. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un 

protón o  neutrón. Por ello, asumiremos que los núcleos atómicos 

están en reposo y los electrones son los que pueden 

desplazarse.

3. Si bajo ciertas condiciones, se crea un exceso o defecto (hueco)

de electrones, el material adquiere carga y propiedades 

eléctricas: Q≠0

4. Unidades de Q: el culombio.

Tipos de materiales

Aislantes

• Los electrones están fuertemente unidos al núcleo atómico 

(orbitales muy localizados)

• Crear carga eléctrica supone un costo de energía elevadísimo

• Los electrones apenas pueden moverse de su zona de equilibrio y 

por ello, no se da el movimiento de carga eléctrica

• En los aislantes se observa únicamente la llamada Polarización

Metales (o conductores)

• Los electrones están débilmente unidos al núcleo atómico (orbitales 

deslocalizados) por lo que crear carga eléctrica es muy fácil.

• Los electrones (o huecos) pueden moverse por todo el material con 

gran facilidad

• El movimiento ordenado de la carga eléctrica (electrones o huecos 

en exceso) por el metal se denomina corriente eléctrica, I

La corriente eléctrica.

¿Cómo se consigue un movimiento ordenado de carga eléctrica en un 

metal? Aplicando un campo eléctrico sobre el metal

F=q·E

                                         

La carga positiva se moverá en el mismo sentido y dirección que las 

líneas de E. La carga negativa en sentido contrario.

Por convenio, se adopta como el sentido de I el mismo que el de las 

cargas positivas

Tipos de corrientes eléctricas

a. Continua: el valor y el sentido del movimiento de I no cambia (CC o 
“DC”). Polaridad constante.

b. Variable: alguna propiedad de I cambia con el tiempo
– Ejemplo: la corriente alterna (CA o “AC”), donde I cambia 
sinusoidalmente. Polaridad alterna

Definición de I: la cantidad de carga eléctrica que circula por con un 

metal en la unidad de tiempo

I=dQ/dt Si la corriente es continua, I = Q/ t

• Unidades de I: 1Amperio=1Culombio/1segundo 1A=1C/1s

• Medida de I: La corriente eléctrica que circula por un conductor se 

mide con un amperímetro (intercalado en medio del paso de la 

corriente)

• Densidad de corriente eléctrica, j: la cantidad de corriente eléctrica 

por unidad de sección del conductor

J=dI/dS Si la corriente es continua, J = I / S

La resistencia eléctrica, R

Movimiento real de la corriente eléctrica en un metal

1. En su movimiento por el metal, las cargas chocan con distintos 

obstáculos: imperfecciones o defectos cristalinos, núcleos atómicos, 

otras cargas, bordes del conductor, etc…

2. El número de colisiones limita y dificulta el paso libre de la corriente 

eléctrica

3. Según el mayor o menor número de colisiones, cada material 

conductor se resiste más o menos al paso de la corriente I.

4. Esta propiedad se denomina resistencia eléctrica, R

                                            

El potencial eléctrico, V

Durante el movimiento de la corriente eléctrica entre dos puntos x1 y x2, el campo eléctrico realiza un trabajo, WW = F·(x2- x1) = q·E·(x2- x1)
El trabajo necesario para transportar cada carga (o por unidad de carga) es el potencial eléctrico, VW/q = V2-V1 = E·(x2- x1)
Por ello, también se dice que una corriente eléctrica se mueve entre dos puntos debido a la existencia de una diferencia de potencial (o de tensión), ΔV= V2-V1
.
• Unidades de V: el Voltio (V) = 1 Julio/1 Culombio
• Medida de V: La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un 
conductor se mide con un voltímetro (conectado entre ambos puntos y 
paralelo al paso de la corriente)

                                       

CORRIENTE ELÉCTRICA CONTINUA

CORRIENTE DIRECTA O CONTINUA

 

La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica.

 

Fuentes suministradoras de corriente directa o continua. A la izquierda, una batería de las comúnmente utilizada en los coches y todo tipo de vehículo motorizado. A la derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que en aparatos y dispositivos eléctricos y electrónicos.

Es importante conocer que ni las baterías, ni los generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléctricas pues, de hecho, todos los elementos conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma de corriente eléctrica es necesario ponerlas en movimiento.                                                                            El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser  impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado. Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el líquido contenido en una tubería, la función de la tensión o voltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales y reciben el nombre de “conductores”.

CORRIENTE ELÉCTRICA

El termino corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. La mayor parte de las aplicaciones prácticas de la electricidad tienen que ver con corrientes eléctricas. Por ejemplo, la batería de una luz de destellos suministra corriente al filamento de la bombilla cuando el interruptor se conecta. Una gran variedad de aparatos domésticos funcionan con corriente alterna. En estas situaciones comunes, el flujo de carga fluye por un conductor, por ejemplo, un alambre de cobre. Es posible también que existan corrientes fuera de un conductor. Por ejemplo, una haz de electrones en el tubo de imagen de una TV constituye una corriente.

2. Lámpara incandescente

En una lámpara incandescente, una corriente eléctrica fluye a través de un delgado hilo de volframio denominado filamento. La corriente lo calienta hasta alcanzar unos 3.000 ºC, lo que provoca que emita tanto calor como luz. La bombilla o foco debe estar rellena con un gas inerte para impedir que el filamento arda. Durante muchos años, las lámparas incandescentes se rellenaban con una mezcla de nitrógeno y argón. Desde hace un tiempocomenzó a utilizarse un gas poco común, el criptón, ya que permite que el filamento funcione a una temperatura mayor, lo que da como resultado una luz más brillante.

3. Definición de corriente eléctrica

Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece una corriente eléctrica. Para definir la corriente de manera más precisa, suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de área A, como en la figura 27.1. (Esta sería el área de la sección transversal de un alambre, por ejemplo.) La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. Si ΔQ es la cantidad de carga que pasa por esta αrea en un intervalo de tiempo Δt, la corriente promedio, Ipro, es igual a la carga que pasa por A por unidad de tiempo:

                                      

Fig. 27.1 Cargas en movimiento a través de un área A. La tasa de flujo de carga en el tiempo a través del área se define como la corriente I. la direcciónde a la cual la carga positiva fluiría si tuviera libertad de hacerlo. 

Si la tasa a la cual fluye la carga varía en el tiempo, la corriente también varía en el tiempo, y definimos a la corriente instantánea I como el límite diferencial de la ecuación:

La unidad de corriente del Sistema Internacional es el ampere (A).

Esto significa que 1ª de corriente es equivalente a 1C de carga que pasa por el área de la superficie en 1s.

                                   

Fig. 27.2. Una sección de una conductor uniforme de área de sección transversal A. los portadores de carga se mueven con una velocidad vd y la distancia que recorren en un tiempo Δt esta dada por Δx = vdΔt. El número de portadores de cargas móviles en la sección de longitud Δx está dado por nAvdΔt , donde n es el nϊmero de portadores de carga móviles por unidad de volumen.
Las cargas que pasan por la superficie en la figura 27.1 pueden ser positivas negativas o de ambos signos. Es una convención dar a la corriente la misma dirección que la del flujo de carga positiva. En un conductor como el cobre la corriente se debe al movimiento de electrones cargados negativamente. Por lo tanto, cuando hablamos de corriente en un conductor ordinario, como un alambre de cobre, la dirección de la corriente es opuesta a la dirección del flujo de los electrones. Por otra parte, si se considera un haz de protones cargados positivamente en un acelerador, la corriente está en la dirección del movimiento de los protones. En algunos casos —gases y electrolitos, por ejemplo— la corriente es el resultado del flujo tanto de cargas positivas como negativas. Es común referirse a una carga en movimiento (ya sea positiva o negativa) como un portador de carga móvil. Por ejemplo, los portadores de carga en un metal son los electrones.
Es útil relacionar la corriente con el movimiento de partículas cargadas. Pan ilustrar este punto, considere la corriente en un conductor de área de sección transversal A (figura 27.2). El volumen de un elemento del conductor de longitud Δx (la regiσn sombreada en la figura 27.2) es A Δx. Si n representa el nϊmero de portadores de carga móvil por unidad de volumen, entonces el número de portadores de carga móvil en el elemento de volumen es nA Δ Por lo tanto, la carga ΔQ en este elemento es
ΔQ= Nϊmero de cargas x carga por partícula = (nA Δx)q
Donde q es la carga en cada partícula. Si los portadores de cargas se mueven con una velocidad vd la distancia que se mueven en un tiempo Δt es Δx = vdΔt. En consecuencia, podemos escribir Δq en la forma
ΔQ = (nAvdΔt)q
Si dividimos ambos lados de la ecuación por Δt, vemos que la corriente en el conductor está dada por

LEY DE BOYLE,CHARLES Y GAY-LUSSAC

Ley de Boyle.

Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.

El volumen es inversamente proporcional a la presión: •Si la presión aumenta, el volumen disminuye. •Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.

Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.

Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

(el producto de la presión por el volumen es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una presión P₁ al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la presión cambiará a P₂, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

Ejemplo:

4.0 L de un gas están a 600.0 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mmHg?

Solución: Sustituimos los valores en la ecuación P₁V₁ = P₂V₂.

(600.0 mmHg) (4.0 L) =(800.0 mmHg) (V₂)

Si despejas V₂ obtendrás un valor para el nuevo volumen de 3L.

Ley de Charles.

Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas: •Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta. •Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V₁ que se encuentra a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V₂, entonces la temperatura cambiará a T₂, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos la temperatura a 10 °C?

Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T₁ = (25 + 273) K= 298 K

T₂ = (10 + 273 ) K= 283 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

2.5L		V2
-----	=	-----
298 K		283 K

Si despejas V₂ obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.

Ley de Gay-Lussac.

Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura: •Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión. •Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P₁ y a una temperatura T₁ al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T₂, entonces la presión cambiará a P₂, y se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

Ejemplo:

Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T₁ = (25 + 273) K= 298 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

970 mmHg		760 mmHg
------------	=	------------
298 K		T2

Si despejas T₂ obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.

CONDUCCIÓN DEL CALOR

¿COMO SE TRANSMITE EL CALOR?

El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

• Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto
• Por convección en fluidos (líquidos o gases)
• Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse

La energía se transmite de la forma que resulta más eficiente.

Vamos a ver unos ejemplos de transmisión de calor
Ejemplo 1
Placa solar
El calor llega desde el Sol hasta la placa metálica por radiación. El metal de la placa emite radiación en el infrarrojo

. El calor se transmite al líquido que está en contacto con la placa por conducción. En el líquido se establecen corrientes covectivas que lo mezclan y uniformizan el calor. El agua caliente sube y la fría baja. El agua más caliente sube al depósito superior y de la parte inferior de este depósito baja el agua más fría que entra por la parte de abajo de la placa

Con esta sencilla placa, y dependiendo de la radiación solar, se alcanzan temperaturas muy altas. Probablemente hayas visto estas placas en los tejados de algunas casas. Busca en la red "placas solares"


Ejemplo 2
Recipiente metálico con agua al fuego

Las llamas (o una plancha eléctrica) calientan el metal porque los gases de combustión están en contacto con el fondo y le transmiten el calor porconducción (el metal se dilata y sus partículas vibran más). El metal transmite el calor al agua del fondo del recipiente por conducción. El agua caliente del fondo asciende, originando corrientes convectivas(propagación por convección) y se mezcla con el agua fría. Las paredes de los recipientes calientes emiten radiación en el infrarrojo a los alrededores.

Ejemplo 3
Cocina vitrocerámica
En las cocinas vitrocerámicas la plancha de la cocina está fría y sólo sirve de soporte a la base del recipiente. En el fondo del recipiente se originan corrientes eléctricas inducidas por un campo magnético variable. La energía eléctrica pasa del interior de la cocina en forma de onda electromagnéticas (ondas originadas en un generador de campo magnético variable) hasta el fondo de la olla. Las ondas no interfieren con la plancha, pero si con el fondo del recipiente en el que se origina una corriente eléctrica que genera calor. Del fondo del recipiente pasa al líquido que está en contacto con él por conducción.
El calor circula dentro del líquido por convección y el fondo y las paredes radian en el infrarrojo.

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Características de cada modo de transmisión
CONDUCCIÓN.- La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).
Podemos explicarlo si tenemos en cuenta las "colisiones de las moléculas". En la superficie de contacto de los dos objetos las moléculas del objeto que tiene mayor temperatura, que se mueven más deprisa, colisionan con las del objeto que está a menor temperatura, que se mueven más despacio. A medida que colisionan, las moléculas rápidas ceden parte de su energía a las más lentas. Estas a su vez colisionan con otras moléculas contiguas. Este proceso continúa hasta que la energía se extiende a todas las moléculas del objeto que estaba inicialmente a menor temperatura. Finalmente alcanzan todas la misma energía cinética y en consecuencia la misma temperatura.
Algunas sustancias conducen el calor mejor que otras.
Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejor que los gases.
Los metales son muy buenos conductores del calor, mientras que el aire es un mal conductor.

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CONVECCIÓN.- La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente (de menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando ocurre esto, el fluido frío (de mayor densidad) desciende y ocupa el lugar del fluido caliente que ascendió. Este ciclo da lugar a una continua circulación (corrientes convectivas) del calor hacia las regiones frías.
En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de transferir calor.
En el verano, en una carretera recalentada, se puede ver como asciende de ella el aire caliente formando una columnas oscilantes. También se ve a veces como asciende el aire desde un radiador (el aire caliente sube y el frío baja).

En este gif animado ves como un mechero calienta el aire, éste asciende en una corriente convectiva y hace girar la espiral de papel. Hemos usado un agitador del calorímetro sujeto por una pinza y en él apoyamos un dedal en el que pegamos la espiral de papel.

El calor calienta el aire y el papel y además de hacer girar la espiral la alarga y llega a tocar la pinza lo que le impide seguir girando.

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RADIACIÓN.- Tanto la conducción como la convección requieren la presencia de materia para transferir calor.
La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor.
No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita.
Por radiación nos llega toda la energía del Sol. Al llegar a la Tierra empieza un complicado ciclo de transformaciones: la captan las plantas y luego la consumimos nosotros, el agua se evapora, el aire se mueve....
La energía radiante del Sol se transmite a través del espacio vacío en forma de radiación que viaja a la velocidad de la luz . Entre las diferentes ondas que la componen hay radiación visible, ultravioleta, infrarroja etc. La ultravioleta es tan energética que puede ionizar la materia, pero la radiación infrarroja interfiere con los electrones de los átomos promocionándolos a un nivel superior y produce la agitación de los átomos y de las moléculas que se traduce en calor.
En los hornos microondas la energía generada para que vibren las moléculas de la sustancia que se calienta la transmiten ondas con una frecuencia inferior a las del infrarrojo. Ver tipos de radiaciones

La radiación se produce cuando los electrones situados en niveles de energía altos caen a niveles de energía más bajos. La diferencia de energía entre estos niveles se emite en forma radiación electromagnética. Cuando esta energía es absorbida por los átomos de una sustancia los electrones de dichos átomos "salten" a niveles de energía superiores.
Todos los objetos absorben y emiten radiación. Este "applet" de java muestra como un átomo absorbe y emite radiación. Cuando la absorción de energía está equilibrada con la emisión, la temperatura del objeto permanece constante. Si la energía absorbida es mayor que la emitida la temperatura del objeto aumenta, y si ocurre lo contrario la temperatura disminuye.
La energía total radiada por un cuerpo caliente es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura expresada como temperatura absoluta. E=cte· T⁴
Un cuerpo negro se define como aquel que absorbe todo el calor que cae sobre él.
Un cuerpo a una temperatura dada emite más con su superficie ennegrecida.

DILATACIÓN DE LOS CUERPOS

DILATACIÓN DE LOS CUERPOS

DILATACIÓN DE LOS SÓLIDOS.

Cualquiera que observe, lo que sucede a su alrededor, se da cuenta que muchos materiales se hacen más grandes cuando su temperatura se eleva. La descripción e la temperatura en términos del movimiento molecular aclara este fenómeno. Algunos cuerpos llegan a romperse, debido a las deformaciones resultantes de la dilatación térmica.

Aumentos de temperatura:

T= 0 20 40 60 80 100 (en °C)

Aumentos de longitud:

T= 0 0,12 0,24 0,36 0,48 0,60 (en mm).

Puesto que a un aumento de temperatura corresponde un aumento de longitud, y no solo eso, sino que a un aumento de temperatura doble, corresponde a un aumento de longitud doble, y así sucesivamente.

DILATACIÓN DE LOS LÍQUIDOS

Dilatación aparente: En realidad, cuando se calienta el líquido contenido en un recipiente, también se dilata el recipiente, de modo que a la dilatación que observamos es la dilatación aparente del líquido.

Dilatación verdadera: Es la suma de la dilatación aparente más la del recipiente.

DILATACIÓN TÉRMICA CÚBICA

Análogamente, un cuerpo de volumen Vo experimenta una variación de volumen V, cuando hay una T.

El coeficiente de dilatación térmica cúbica Y representa el aumento o disminución de volumen de cada unidad de volumen cuando la temperatura aumenta o disminuye 1°C.

Vo= Volumen inicial

Y= 3 aproximadamente.

DILATACIÓN DE LOS GASES

DILATACION DE UN GAS A PRESIÓN CONSTANTE

Los gases siguen una ley semejante a la que siguen los sólidos y los líquidos: Hay un coeficiente de dilatación del gas: 1, que llamaremos coeficiente de dilatación de un gas a presión constante.

1. - El aumento de volumen es directamente proporcional al aumento de temperatura, cuando la presión permanecer constante.

2. - El aumento de volumen es directamente proporcional al volumen inicial cuando la presión permanece constante.

Pero al tratarse de comprobar con distintos gases si cada uno tiene su coeficiente de dilatación a presión constante, nos encontramos con una cosa curiosa:

3. - El coeficiente de dilatación a presión constante tiene el mismo valor para todos los gases

DILATACIÓN DE UN GAS A VOLUMEN CONSTANTE (LEY DE GAY LUSSAC)

Lo que ahora queremos estudiar no es la variación del volumen con la temperatura, pues el volumen permanece constante, sino, como varía la presión cuando varía la temperatura.

Midiendo encontraremos que:

1. -Las variaciones de presión son directamente proporcionales a las variaciones de temperatura cuando el volumen permanece constante.

2. - Las variaciones de presión son directamente proporcionales a la presión inicial, cuando el volumen permanece constante.

Experimentando con gases distintos, encontraremos que:

3. - El coeficiente de dilatación a volumen constante es el mismo para todos los gases.

Los gases nos tienen reservada otra gran sorpresa: El coeficiente de dilatación a volumen constante es igual al coeficiente de dilatación a presión constante.

PRACTICA DE DILATACIÓN DE LOS GASES

Pude observar una manera para comprobar la dilatación de los gases. Los instrumentos que se deben usar para esta demostración son:

-Una jeringuilla,

-humo,

-agua

-e instrumentos para hacer humo.

Consiste en poner humo en la jeringa y taparla y sin que se salga el humo poner agua, cuando están las dos cosas dentro de la jeringa se aplasta con la jeringa, es decir hacemos presión pero no podremos aplastar todo por que adentro está el humo, pero soltamos el dedo que tapa el hueco y podremos ver como sale el humo. Cuando está el agua con el humo adentro se dilata el gas al hacer presión.

CONCLUSIONES

• La dilatación estudia la variación de las longitudes, dependiendo de la variación de temperaturas.

• El coeficiente de dilatación a volumen constante es el mismo para todos los gases-

• El presente trabajo ha sido muy instructivo, he aprendido mucho sobre este tema, por lo cual invito a mis compañeros a realizar trabajos similares a etc.