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Termodinámica




Enviado por julian_castro




    Termodinámica 

    Indice

    1. Introduccion

    2. Leyes

    3.
    Entropía.

    4. Calor y
    Temperatura

    5. Escalas de medición de
    la temperatura

    6. Teoría cinética
    de los gases.

    7. Leyes de los
    gases

    8. Presión atmosferica
    en relación al medio ambiente
    .

     

    1.
    Introduccion

    Energía calorífica: La suma de la
    energía potencial y de la energía
    sintética de un sistema no
    permanece siempre constante. 

    De una manera general, la energía mecánica
    total de un sistema disminuye con el frotamiento y los choques.
    Si por ejemplo, se frena un cuerpo durante su caída por
    un plano inclinado, de forma que su velocidad
    permanezca constante, se producirá una
    disminución de su energía potencial sin que
    aumente su energía cinética. Pero, en todos los
    fenómenos de esta naturaleza se
    produce calor.
    Así el fósforo de las cerillas se inflama por
    frotamiento, las herramientas
    se calientan al labrar los metales, etc.
    Sí una bala de plomo se dispara contra una placa de
    acero, se
    puede alcanzar, en el momento del choque, una temperatura
    superior a su punto de fusión. El calor debe, por
    consiguiente, considerarse como una forma de energía,
    hipótesis que se ve corroborada por la posibilidad de
    producir trabajo mecánico consumiendo calor, por
    ejemplo, en las maquinas de calor.

    Otras formas de energía: eléctrica. La
    corriente eléctrica es uno de los numerosos
    fenómenos que pueden producir trabajo mecánico o
    calor. La primera transformación se realiza en los
    motores y la
    inversa de los generadores electromagnéticos de
    corriente (dínamos, alternadores). En todos los
    conductores por los que pasan una corriente hay una
    producción de calor, conocida con el nombre de efecto de
    joule; la transformación contraria directa, es decir de
    calor en electricidad,
    se observa en las pilas
    termoeléctricas y basta calentar una de las dos
    soldaduras de dos metales diferentes que forman parte de un
    circuito para que se engendre en el mismo una corriente. De
    ellos se deduce que existe energía eléctrica y
    que el paso de una corriente es en realidad un transporte
    de energía a lo largo de un circuito. 

    Un condensador cargado de corriente también
    energía eléctrica, puesto a descargarse es capaz
    de producir una corriente, pero esta energía es
    potencial. 

    Química: Las reacciones químicas tienen
    lugar con absorción o desprendimiento de calor,
    según los casos. La combustión, que es la
    combinación del oxígeno del cuerpo combustible o
    con los elementos que lo integran, revelan que una muestra de
    carbón y oxigeno
    contiene energía química potencial, que puede
    utlizarse al iniciar la combustión o la
    combinación de ambos cuerpos.

    La energía química se emplea a si mismo en
    las pilas y acumuladores eléctricos, que la transforman
    en energía eléctrica, y el fenómeno
    inverso se produce en la electrólisis, en particular al
    cargar los acumuladores. 

    Las explosiones son un ejemplo de transformación
    de energía química en trabajo
    mecánico. 

    Radiante: La luz se produce
    de diversas formas, pero la más corriente de
    éstas consiste en calentar cuerpos a una temperatura
    bastante elevada (lámpara de gas,
    Lámpara eléctrica de incandescencia). La
    incandescencia es precisamente la transformación de
    energía calorífica en energía
    radiante. 

    En los fenómenos de luminiscencia, o
    emisión de luz en frío, interviene otra forma de
    energía que es mecánica en el caso de la
    triboluminiscencia. La ruptura de ciertos cristales que se
    producen por ejemplo al machacar azúcar provocan la
    aparición de luz. En la electroluminiscencia, la
    energía eléctrica se transforma directamente en
    luz sin que pase por la forma calorífica intermedia.
    Así acorde en los tubos de gas rarificado como el
    neón y los vapores de sodio y mercurio. En la quimil
    luminiscencia, algunas reacciones químicas, como la
    oxidación lenta del fósforo blanco en contacto
    del aire, provocan
    emisión de luz, sin calentamiento apreciable. La luz
    emitida por las luciérnagas se debe a un fenómeno
    análogo, puesto que produce de las reacciones
    químicas que se producen durante la
    digestión. 

    La energía radiante puede convertirse en
    cualquiera de las otras cuatro formas de energías que se
    han considerado. Así, cuando una sustancia absorbe
    radiaciones, se calienta y este efecto calorifico es
    particularmente intenso en el caso de las radiaciones
    infrarrojas. Por otra parte, los haces luminosos dirigidos
    hacia los cuerpos ejercen en estos una fuerza de
    empuje que produce efectos mecánicos y recibe el nombre
    de presión de radiación, fenómenos que
    explica la repulsión de la cola de cometas por los rayos
    solares. La transformación de energía luminosa en
    energía eléctrica tiene lugar en la
    fotoelectricidad al captárselos electrones que emiten
    algunos metales cuando recibe la luz. Este fenómeno ha
    dado lugar a innumerables aplicaciones practicas, entre las
    cuales pueden mencionarse el cine sonoro
    y la televisión

    Las modificaciones químicas sufridas por los
    cuerpos bajo la influencia de la luz son numerosas y
    constituyen el objeto de la ciencia
    denominada fotoquímica, que estudia la
    transformación de la energía luminosa en
    energía química. Las plantas
    realizan esta transformación gracias a la clorofila, que
    absorbe las radiaciones solares, y la energía así
    almacenada se emplea para sintetizar los alimentos
    hidrocarbonados. 

     

    2. Leyes

    Primera ley de la
    termodinámica 

    Permítase que un sistema cambie de un estado
    inicial de equilibrio a
    un estado final de equilibrio, en un camino determinado, siendo
    el calor absorbido por el sistema y el trabajo
    hecho por el sistema. Después calculamos el valor de. A
    continuación cambiamos el sistema desde el mismo estado
    hasta el estado
    final, pero en esta ocasión por u n camino diferente. Lo
    hacemos esto una y otra vez, usando diferentes caminos en cada
    caso. Encontramos que en todos los intentos es la misma. Esto
    es, aunque y separadamente dependen del camino tomado, no
    depende, en lo absoluto, de cómo pasamos el sistema del
    estado al estado, sino solo de los estados inicial y final (de
    equilibrio). 

    Del estudio de la mecánica recordará, que
    cuando un objeto se mueve de un punto inicial a otro final , en
    un campo gravitacional en ausencia de fricción, el
    trabajo hecho depende solo de las posiciones de los puntos y
    no, en absoluto, de la trayectoria por la que el cuerpo se
    mueve. De esto concluimos que hay una energía potencial,
    función de las coordenadas espaciales del cuerpo, cuyo
    valor final menos su valor inicial, es igual al trabajo hecho
    al desplazar el cuerpo. Ahora, en la termodinámica,
    encontramos experimentalmente, que cuando en un sistema ha
    cambiado su estado al, la cantidad dependen solo de las
    coordenadas inicial y final y no, en absoluto, del camino
    tomado entre estos puntos extremos. Concluimos que hay una
    función de las coordenadas termodinámicas, cuyo
    valor final, menos su valor inicial es igual al cambio en el
    proceso. A
    esta función le llamamos función de la
    energía interna. 

    Representemos la función de la energía
    interna por la letra. Entonces la energía interna del
    sistema en el estado, , es solo el cambio de energía
    interna del sistema, y esta cantidad tiene un valor determinado
    independientemente de la forma en que el sistema pasa del
    estado al estado f: Tenemos entonces que:

     

    Como sucede para la energía potencial,
    también para que la energía interna, lo que
    importa es su cambio. Si se escoge un valor arbitrario para la
    energía interna en un sistema patrón de
    referencia, su valor en cualquier otro estado puede recibir un
    valor determinado. Esta ecuación se conoce como la
    primera ley de la termodinámica, al aplicarla debemos
    recordar que se considera positiva cuando el calor entra al
    sistema y que será positivo cuando el trabajo lo hace el
    sistema. 

    A la función interna, se puede ver como muy
    abstracta en este momento. En realidad, la termodinámica
    clásica no ofrece una explicación para ella,
    además que es una función de estado que cambia en
    una forma predecible. ( Por función del estado, queremos
    decir, que exactamente, que su valor depende solo del estado
    físico del material: su constitución,
    presión, temperatura y volumen.) La
    primera ley de la termodinámica, se convierte entonces
    en un enunciado de la ley de la conservación de la
    energía para los sistemas
    termodinámicos. 

    La energía total de un sistema de
    partículas, cambia en una cantidad exactamente igual a
    la cantidad que se le agrega al sistema, menos la cantidad que
    se le quita. 

    Podrá parecer extraño que consideremos que
    sea positiva cuando el calor entra al sistema y que sea
    positivo cuando la energía sale del sistema como
    trabajo. Se llegó a esta convención, porque fue
    el estudio de las máquinas térmicas lo que
    provocó inicialmente el estudio de la
    termodinámica. Simplemente es una buena forma
    económica tratar de obtener el máximo trabajo con
    una maquina de este tipo, y minimizar el calor que debe
    proporcionársele a un costo
    importante. Estas naturalmente se convierten en cantidades de
    interés

    Si nuestro sistema sólo sufre un cambio
    infinitesimal en su estado, se absorbe nada más una
    cantidad infinitesimal de calor y se hace solo una cantidad
    infinitesimal de trabajo, de tal manera que el cambio de
    energía interna también es infinitesimal. Aunque
    y no son diferencias verdaderas, podemos escribir la primera
    ley diferencial en la forma:

    .

     

    Podemos expresar la primera ley en palabras diciendo:
    Todo sistema termodinámico en un estado de equilibrio,
    tiene una variable de estado llamada energía interna
    cuyo cambio en un proceso diferencial está dado por la
    ecuación antes escrita. 

    La primera ley de la termodinámica se aplica a
    todo proceso de la naturaleza que parte de un estado de
    equilibrio y termina en otro. Decimos que si un sistema esta en
    estado de equilibrio cuando podemos describirlo por medio de un
    grupo
    apropiado de parámetros constantes del sistema como
    presión ,el volumen, temperatura, campo magnético
    y otros la primera ley sigue verificándose si los
    estados por los que pasa el sistema de un estado inicial
    (equilibrio), a su estado final (equilibrio), no son ellos
    mismos estados de equilibrio. Por ejemplo podemos aplicar la
    ley de la termodinámica a la explosión de un
    cohete en un tambor de acero cerrado. 

    Hay algunas preguntas importantes que no puede decir la
    primera ley. Por ejemplo, aunque nos dice que la energía
    se conserva en todos los procesos, no
    nos dice si un proceso en particular puede ocurrir realmente.
    Esta información nos la da una generalización
    enteramente diferente, llamada segunda ley de la
    termodinámica, y gran parte de los temas de la
    termodinámica dependen de la segunda
    ley. 

     

    Segunda ley de la termodinámica.

    Las primeras máquinas térmicas construidas,
    fueron dispositivos muy eficientes. Solo una pequeña
    fracción del calor absorbido de la fuente de la alta
    temperatura se podía convertir en trabajo útil.
    Aun al progresar los diseños de la ingeniería,
    una fracción apreciable del calor absorbido se sigue
    descargando en el escape de una máquina a baja
    temperatura, sin que pueda convertirse en energía
    mecánica. Sigue siendo una esperanza diseñar una
    maquina que pueda tomar calor de un depósito abundante,
    como el océano y convertirlo íntegramente en un
    trabajo útil. Entonces no seria necesario contar con una
    fuente de calor una temperatura más alta que el medio
    ambiente quemando combustibles. De la misma manera,
    podría esperarse, que se diseñara un refrigerador
    que simplemente transporte calor, desde un cuerpo frío a
    un cuerpo caliente, sin que tenga que gastarse trabajo
    exterior. Ninguna de estas aspiraciones ambiciosas violan la
    primera ley de la termodinámica. La máquina
    térmica sólo podría convertir
    energía calorífica completamente en
    energía mecánica, conservándose la
    energía total del proceso. En el refrigerador
    simplemente se transmitiría la energía
    calorífica de un cuerpo frío a un cuerpo
    caliente, sin que se perdiera la energía en el proceso.
    Nunca se ha logrado ninguna de estas aspiraciones y hay razones
    para que se crea que nunca se
    alcanzarán. 

    La segunda ley de la termodinámica, que es una
    generalización de la experiencia, es una
    exposición cuyos artificios de aplicación no
    existen. Se tienen muchos enunciados de la segunda ley, cada
    uno de los cuales hace destacar un aspecto de ella, pero se
    puede demostrar que son equivalentes entre sí. Clausius
    la enuncio como sigue: No es posible para una máquina
    cíclica llevar continuamente calor de un cuerpo a otro
    que esté a temperatura más alta, sin que al mismo
    tiempo se
    produzca otro efecto (de compensación). Este enunciado
    desecha la posibilidad de nuestro ambicioso refrigerador, ya
    que éste implica que para transmitir calor continuamente
    de un objeto frío a un objeto caliente, es necesario
    proporcionar trabajo de un agente exterior. Por nuestra
    experiencia sabemos que cuando dos cuerpos se encuentran en
    contacto fluye calor del cuerpo caliente al cuerpo frío.
    En este caso, la segunda ley elimina la posibilidad de que la
    energía fluya del cuerpo frío al cuerpo caliente
    y así determina la dirección de la
    transmisión del calor. La dirección se puede
    invertir solamente por medio de gasto de un
    trabajo. 

    Kelvin (con Planck) enuncio la segunda ley con palabras
    equivalentes a las siguientes: es completamente imposible
    realizar una transformación cuyo único resultado
    final sea el de cambiar en trabajo el calor extraído de
    una fuente que se encuentre a la misma temperatura. Este
    enunciado elimina nuestras ambiciones de la máquina
    térmica, ya que implica que no podemos producir trabajo
    mecánico sacando calor de un solo depósito, sin
    devolver ninguna cantidad de calor a un depósito que
    esté a una temperatura más baja. 

    Para demostrar que los dos enunciados son equivalentes,
    necesitamos demostrar que si cualquiera de los enunciados es
    falso, el otro también debe serlo. Supóngase que
    es falso el enunciado de Clausius, de tal manera que se
    pudieran tener un refrigerador que opere sin que se consuma el
    trabajo. Podemos usar una máquina ordinaria para extraer
    calor de un cuerpo caliente, con el objeto de hacer trabajo y
    devolver parte del calor a un cuerpo frío.
     

    Pero conectando nuestro refrigerador "perfecto" al
    sistema, este calor se regresaría al cuerpo caliente,
    sin gasto de trabajo, quedando así utilizable de nuevo
    para su uso en una máquina térmica. De
    aquí que la combinación de una maquina ordinaria
    y el refrigerador "perfecto" formará una máquina
    térmica que infringe el enunciado de Kelvin-Planck. O
    podemos invertir el argumento. Si el enunciado Kelvin-Planck
    fuera incorrecto, podríamos tener una máquina
    térmica que sencillamente tome calor de una fuente y lo
    convierta por completo en trabajo. Conectando esta
    máquina térmica "perfecta" a un refrigerador
    ordinario, podemos extraer calor de un cuerpo ordinario,
    podemos extraer calor de un cuerpo caliente, convertirlo
    completamente en trabajo, usar este trabajo para mover un
    refrigerador ordinario, extraer calor de un cuerpo frío,
    y entregarlo con el trabajo convertido en calor por el
    refrigerador, al cuerpo caliente. El resultado neto es una
    transmisión de calor desde un cuerpo frío, a un
    cuerpo caliente, sin gastar trabajo, lo infringe el enunciado
    de Clausius. 

    La segunda ley nos dice que muchos procesos son
    irreversibles. Por ejemplo, el enunciado de Clausius
    específicamente elimina una inversión simple del
    proceso de transmisión de calor de un cuerpo caliente, a
    un cuerpo frío. Algunos procesos, no sólo no
    pueden regresarse por sí mismos, sino que tampoco
    ninguna combinación de procesos pueden anular el efecto
    de un proceso irreversible, sin provocar otro cambio
    correspondiente en otra parte.

     

    Tercera ley de la termodinámica.

    En el análisis de muchas reacciones
    químicas es necesario fijar un estado de referencia para
    la entropia. Este siempre puede escogerse algún nivel
    arbitrario de referencia cuando solo se involucra un
    componente; para las tablas de vapor convencionales se ha
    escogido 320F. Sobre la base de las observaciones
    hechas por Nernst y por otros, Planck estableció la
    tercera ley de la termodinámica en 1912,
    así:

    la entropía de todos los sólidos
    cristalinos perfectos es cero a la temperatura de cero
    absoluto. 

    Un cristal "perfecto" es aquel que esta en equilibrio
    termodinámica. En consecuencia, comúnmente se
    establece la tercera ley en forma más general,
    como:

    La entropía de cualquier sustancia pura en
    equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la
    temperatura tiende a cero. 

    La importancia de la tercera ley es evidente. Suministra
    una base para el calculo de las entropías absolutas de
    las sustancias, las cuales pueden utilizarse en las ecuaciones
    apropiadas para determinar la dirección de las
    reacciones químicas.

    Una interpretación estadística de la
    tercera ley es más bien sencilla, puesto que la entropia
    se ha definido como:

    En donde k es la constante de Bolzmall es la probabilidad
    termodinámica. En vista de la anterior
    disertación, la tercera ley equivale a establecer
    que:

    cuando 0.

    Esto significa que sólo existe una forma de
    ocurrencia del estado de energía mínima para una
    sustancia que obedezca la tercera ley.

    Hay varios casos referidos en la literatura en
    donde los cálculos basados en la tercera ley no
    están desacuerdo con los experimentos.
    Sin embargo, en todos los casos es posible explicar el
    desacuerdo sobre la base de que la sustancia no es "pura", esto
    es, pueda haber dos o más isótopos o presentarse
    moléculas diferentes o, también, una
    distribución de no equilibrio de las moléculas.
    En tales casos hay más de un estado cuántico en
    el cero absoluto y la entropía no tiende a
    cero. 

     

    3.
    Entropía.

    La entropía, como todas las variables de
    estado, dependen sólo de los estados del sistema, y
    debemos estar preparados para calcular el cambio en la
    entropía de procesos irreversibles, conociendo
    sólo los estados de principio y al fin. Consideraremos
    dos ejemplos: 

    1.- Dilatación libre: Dupliquemos el volumen de un
    gas, haciendo que se dilate en un recipiente vacío,
    puesto que no se efectúa reacción alguna contra
    el vacío, y, como el gas se encuentra encerrado entre
    paredes no conductoras,. por la primera ley se entiende que
    o:

    donde y se refieren a los estados inicial y final (de
    equilibrio). Si el gas es ideal, depende únicamente de
    la temperatura y no de la presión o el volumen, y la
    ecuación implica que.

    En realidad, la dilatación libre es irreversible,
    perdemos el control del
    medio ambiente una
    vez que abrimos la llave. Hay sin envergo, una diferencia de
    entropía, entre los estados de equilibrio inicial y
    final, pero no podemos calcularla con la ecuación, por
    que esta relación se aplica únicamente a
    trayectorias reversibles; si tratamos de usar la
    ecuación, tendremos inmediatamente la facultad de que Q
    = 0 para la dilatación libre – además – no
    sabremos como dar valores
    significativos de T en los estados intermedios que no son de
    equilibrio. 

    Entonces, ¿Cómo calcularemos Sf
    – Si para estos estados?, lo haremos determinando
    una trayectoria reversible (cualquier trayectoria reversible)
    que conecte los estados y f, para así calcular el cambio
    de entropía de la trayectoria. En la dilatación
    libre, un trayecto reversible conveniente (suponiendo que se
    trate de un gas ideal) es una dilatación
    isotérmica de VI a Vf
    (=2Vi). Esto corresponde a la dilatación
    isotérmica que se lleva a cabo entre los puntos a y b
    del ciclo del Carnot.  

    Esto representa un grupo de operaciones muy
    diferentes de la dilatación libre y tienen en
    común la única condición de que conectan
    el mismo grupo de estados de equilibrio, y f. De la
    ecuación y el ejemplo 1 tenemos.

     Esto es positivo, de tal manera que la
    entropía del sistema aumenta en este proceso
    adiabático irreversible. Nótese que la
    dilatación libre es un proceso que, en la naturaleza se
    desarrolla por sí mismo una vez iniciado. Realmente no
    podemos concebir lo opuesto, una compresión libre en la
    que el gas que en un recipiente aislado se comprima en forma
    espontanea de tal manera que ocupe solo la mitad del volumen
    que tiene disponible libremente. Toda nuestra experiencia nos
    dice que el primer proceso es inevitable y virtualmente, no se
    puede concebir el segundo. 

    2.- Transmisión irreversible de calor. Como otro
    ejemplo, considérense dos cuerpos que son semejantes en
    todo, excepto que uno se encuentra a una temperatura
    TH y el otro a la temperatura TC, donde
    TH> TC. Si ponemos ambos objetos en
    contacto dentro de una caja con paredes no conductoras,
    eventualmente llegan a la temperatura común
    Tm, con un valor entre TH y
    TC; como la dilatación libre, el proceso es
    irreversible, por que perdemos el control del medio ambiente,
    una vez que colocamos los dos cuerpos en la caja. Como la
    dilatación libre, este proceso también es
    adiabático (irreversible), por que no entra o sale calor
    en el sistema durante el proceso.

     Para calcular el cambio de entropía para el
    sistema durante este proceso, de nuevo debemos encontrar un
    proceso reversible que conecte los mismos estados inicial y
    final y calcular el cambio de entropía, aplicando la
    ecuación al proceso. Podemos hacerlo, si imaginamos que
    tenemos a nuestra disposición un deposito de calor de
    gran capacidad calorífica, cuya temperatura T este bajo
    nuestro control, digamos, haciendo girar una perilla. Primero
    ajustamos, la temperatura del deposito a TH a
    Tm, quitando calor al cuerpo caliente al mismo
    tiempo. En este proceso el cuerpo caliente pierde
    entropía, siendo el cambio de esta magnitud.

    Aquí T1 es una temperatura adecuada
    escogida entre TH y Tm y Q es el calor
    extraído.

    En seguida ajustamos la temperatura de nuestro
    depósito a Tc y lo colocamos en contacto con
    el segundo cuerpo (el más frío). A
    continuación elevamos lentamente (reversiblemente) la
    temperatura del depósito de Tc a
    Tm, cediendo calor al cuerpo frío mientras lo
    hacemos. El cuerpo frío gana entropía en este
    proceso, siendo su cambio.

     Aquí T2 es una temperatura
    adecuada, escogida para que quede entre Tc y
    Tm y Q es el calor agregado. El calor Q agregado al
    cuerpo frío es igual al Q extraído del cuerpo
    caliente.

    Los dos cuerpos se encuentran ahora en la misma
    temperatura Tm y el sistema se encuentra en el
    estado de equilibrio final. El cambio de entropía para
    el sistema completo es:

    Como T1>T2, tenemos
    Sf >Si. De nuevo, como para la
    dilatación libre, la entropía del sistema aumenta
    en este proceso reversible y adiabático.

    Nótese que, como la dilatación libre,
    nuestro ejemplo de la conducción del calor es un proceso
    que en la naturaleza se desarrolla por sí mismo una vez
    que se ha iniciado. En realidad no podemos concebir el proceso
    opuesto, en el cual, por ejemplo, una varilla de metal en
    equilibrio térmico a la temperatura del cuarto
    espontáneamente se ajuste de tal manera, que un extremo
    quede más caliente y en el otro más frío.
    De nuevo, la naturaleza tiene la preferencia irresistible para
    que el proceso se efectúe en una dirección
    determinada y no en la opuesta. 

    En cada uno de estos ejemplos, debemos distinguir
    cuidadosamente el proceso real (irreversible)
    (dilatación libre o transmisión del calor) y el
    proceso reversible que se introdujo, para que se pudiera
    calcular el cambio de entropía en el proceso
    real.

    Podemos escoger cualquier proceso reversible, mientras
    conecte los mismos estados inicial y final que el proceso real;
    todos estos procesos reversibles llevarán al mismo
    cambio de entropía porque ella depende sólo los
    estados inicial y final y no de los procesos que los conectan,
    tanto si son reversibles como si son irreversibles.

     

    4. Calor y
    Temperatura

    Mediante el contacto de la epidermis con un objeto se
    perciben sensaciones de frío o de calor, siendo
    está muy caliente. Los conceptos de calor y frío
    son totalmente relativos y sólo se pueden establecer con
    la relación a un cuerpo de referencia como, por ejemplo,
    la mano del hombre

    Lo que se percibe con más precisión es la
    temperatura del objeto o, más exactamente
    todavía, la diferencia entre la temperatura del mismo y
    la de la mano que la toca. Ahora bien, aunque la
    sensación experimentada sea tanto más intensa
    cuanto más elevada sea la temperatura, se trata
    sólo una apreciación muy poco exacta que no puede
    considerarse como medida de temperatura. Para efectuar esta
    ultima se utilizan otras propiedades del calor, como la
    dilatación, cuyos efectos son
    susceptibles. 

    Con muy pocas excepciones todos los cuerpos aumentan de
    volumen al calentarse y diminuyen cuando se enfrían. En
    caso de los sólidos, el volumen suele incrementarse en
    todas las direcciones se puede observar este fenómeno en
    una de ellas con experiencia del pirómetro del
    cuadrante.

    El, pirómetro del cuadrante consta de una barra
    metálica apoyada en dos soportes, uno de los cuales se
    fija con un tornillo, mientras que el otro puede deslizarse y
    empujar una palanca acodada terminada por una aguja que recorre
    un cuadrante o escala
    cuadrada. Cuando, mediante un mechero, se calienta fuertemente
    la barra, está se dilata y el valor del alargamiento,
    ampliado por la palanca, aparece en el
    cuadrante. 

    Otro experimento igualmente característico es el
    llamado del anillo de Gravesande. Este aparato se compone de un
    soporte del que cuelga una esfera metálica cuyo
    diámetro es ligeramente inferior al de un anillo el
    mismo metal por el cual puede pasar cuando las dos piezas
    están a l a misma temperatura. Si se calienta la esfera
    dejando el anillo a la temperatura ordinaria, aquella se dilata
    y no pasa por el anillo; en cambio puede volver a hacerlo una
    vez enfriada o en el caso en que se hayan calentando
    simultáneamente y a la misma temperatura la esfera y el
    anillo.

    La dilatación es, por consiguiente, una primera
    propiedad
    térmica de los cuerpos, que permite llegar a la
    noción de la temperatura.

     La segunda magnitud fundamental es la cantidad de
    calor que se supone reciben o ceden los cuerpos al calentarse o
    al enfriarse, respectivamente. 

    La cantidad de calor que hay que proporcionar a un cuerpo
    para que su temperatura aumente en un numero de unidades
    determinado es tanto mayor cuanto más elevada es la masa
    de dicho cuerpo y es proporcional a lo que se denomina calor
    especifico de la sustancia de que está
    constituido. 

    Cuando se calienta un cuerpo en uno de sus puntos, el
    calor se propaga a los que son próximos y la diferencia
    de temperatura entre el punto calentado directamente y otro
    situado a cierta distancia es tanto menor cuando mejor conducto
    del calor es dicho cuerpo. Si la conductibilidad térmica
    de un cuerpo es pequeña, la transmisión del calor
    se manifiesta por un descenso rápido de la temperatura
    entre el punto calentado y otro próximo. Así
    sucede con el vidrio, la
    porcelana, el caucho, etc. En el caso contrario, por ejemplo
    con metales como el cobre y la
    plata, la conductibilidad térmica es muy grande y la
    disminución de temperatura entre un punto calentado y el
    otro próximo es muy reducida. 

    Se desprende de lo anterior que el estudio del calor
    sólo puede hacerse después de haber definido de
    una manera exacta los dos términos relativos al propio
    calor, es decir, la temperatura, que se expresa en grados, y la
    cantidad de calor, que se expresa en
    calorías.

    Habrá que definir después algunas
    propiedades específicas de los cuerpos en su manera de
    comportarse con respecto al calor y la conductibilidad
    térmica.

     

    5. Escalas de medición
    de la temperatura

    Las dos escalas de temperatura de uso común son la
    Celsius (llamada anteriormente
    ‘’centígrada’’) y la Fahrenheit.
    Estas se encuentran definidas en términos de la escala
    Kelvin, que es las escala fundamental de temperatura en la
    ciencia

    La escala Celsius de temperatura usa la unidad
    ‘’grado Celsius’’ (símbolo
    0C), igual a la unidad
    ‘’Kelvin’’. Por esto, los intervalos de
    temperatura tienen el mismo valor numérico en las
    escalas Celsius y Kelvin. La definición original de la
    escala Celsius se ha sustituido por otra que es más
    conveniente. Sí hacemos que Tc represente la
    escala de temperatura, entonces: Tc = T –
    273.150

    relaciona la temperatura Celsius Tc
    (0C) y la temperatura Kelvin T(K). Vemos que el
    punto triple del agua
    (=273.16K por definición), corresponde a
    0.010C. La escala Celsius se definió de tal
    manera que la temperatura a la que el hielo y el aire saturado
    con agua se encuentran en equilibrio a la presión
    atmosférica – el llamado punto de hielo – es 0.00
    0C y la temperatura a la que el vapor y el agua
    liquida, están en equilibrio a 1 atm de
    presión -el llamado punto del vapor- es de 100.00
    0C.

     La escala Fahrenheit, todavía se usa en
    algunos países que emplean el idioma ingles aunque
    usualmente no se usa en el trabajo científico. Se define
    que la relación entre las escalas Fahrenheit y Celsius
    es:

    De esta relación podemos concluir que el punto del
    hielo (0.000C) es igual a 32.0 0F, y que
    el punto del vapor (100.00C) es igual a 212.0
    0F, y que un grado Fahrenheit es exactamente igual
    del tamaño de un grado Celsius.
     

     

    6. Teoría
    cinética de los
    gases.

    La termodinámica se ocupa solo de variables
    microscópicas, como la presión, la temperatura y
    el volumen. Sus leyes
    básicas, expresadas en términos de dichas
    cantidades, no se ocupan para nada de que la materia esta
    formada por átomos. Sin embargo, la mecánica
    estadística, que estudia las mismas áreas de la
    ciencia que la termodinámica, presupone la existencia de
    los átomos. Sus leyes básicas son las leyes de la
    mecánica, las que se aplican en los átomos que
    forman el sistema.

     No existe una computadora
    electrónica que pueda resolver el problema de aplicar
    las leyes de la mecánica individualmente a todos los
    átomos que se encuentran en una botella de oxigeno, por
    ejemplo. Aun si el problema pudiera resolverse, los resultados
    de estos cálculos serian demasiados voluminosos para ser
    útiles.

    Afortunadamente, no son importantes las historias
    individuales detalladas de los átomos que hay en un gas,
    si sólo se trata de determinar el comportamiento microscópico del gas.
    Así, aplicamos las leyes de la mecánica
    estadísticamente con lo que nos damos cuenta de que
    podemos expresar todas las variables termodinámica como
    promedios adecuados de las propiedades atómicas. Por
    ejemplo, la presión ejercida por un gas sobre las
    paredes de un recipiente es la rapidez media, por unidad de
    área, a la que los átomos de gas transmiten
    ímpetu a la pared, mientras chocan con ella. En realidad
    el numero de átomos en un sistema microscópico,
    casi siempre es tan grande, que estos promedios definen
    perfectamente las cantidades.

    Podemos aplicar las leyes de la mecánica
    estadísticamente a grupos de
    átomos en dos niveles diferentes. Al nivel llamado
    teoría cinética, en el que procederemos en una
    forma más física, usando para promediar
    técnicas matemáticas bastantes
    simples.

    En otro nivel, podemos aplicar las leyes de la
    mecánica usando técnicas que son más
    formales y abstractas que las de la teoría
    cinética. Este enfoque desarrollado por J. Willard Gibbs
    (1839-1903) y por Ludwig Boltzmann (1844-1906)entre otros, se
    llama mecánica estadística, un termino que
    incluye a la teoría cinética como una de sus
    ramas. Usando estos métodos podemos derivar las leyes de
    la termodinámica, estableciendo a esta ciencia como una
    rama de la mecánica. El florecimiento pleno de la
    mecánica estadística (estadística
    cuántica), que comprende la aplicación
    estadística de las leyes de la mecánica
    cuántica, más que las de la mecánica
    clásica para sistemas de muchos
    átomos. 

     

    Gas ideal : Una descripción
    macroscópica.

    Hagamos que cierta cantidad de gas esté confinada
    en un recipiente del volumen V. Es claro que podemos reducir su
    densidad,
    retirando algo de gas en el recipiente, o colocando el gas en
    un recipiente más grande. Encontramos experimentalmente
    que a densidades lo bastante pequeñas, todos los gases
    tienden a mostrar ciertas relaciones simples entre las
    variables termodinámicas p,V y T. Esto sugiere el
    concepto de
    un gas ideal, uno que tendrá el mismo comportamiento
    simple, bajo todas las condiciones de temperatura y
    presión.

    Dado cualquier gas en un estado de equilibrio
    térmico, podemos medir su presión p, su
    temperatura T y su volumen V. Para valores suficientes
    pequeños la densidad, los experimentos demuestran que
    (1) para una masa dada de gas que se mantiene a temperatura
    constante, la presión es inversamente proporcional al
    volumen (ley de Boyle), y (2) para una masa dada de gas que se
    mantiene a presión constante, el volumen es directamente
    proporcional a la temperatura (ley de Charles y Gay Lussac).
    Podemos resumir estos resultados experimentales por medio de la
    relación:

    una constante (para una masa fija de gas).

    El volumen ocupado por un gas a una presión y
    temperaturas dadas, es proporcional a la masa del gas.
    Así, la constante de la ecuación una constante,
    también debe ser proporcional a la masa del gas, por
    ello escribimos la constante de la ecuación una
    constante; como nR, donde n es el numero de moles de gas en la
    muestra y R es una constante que debe determinarse en forma
    experimental para cada gas. Los experimentos demuestran que, a
    densidades suficientes pequeñas, R tiene el mismo valor
    para todos los gases, a saber,

    R=8.314 J/mol K = 1.986 cal/mol K

    R se llama la constante universal de los gases. Con esto
    escribimos la ecuación una constante, en la
    forma:

    pV=nRT,

    y definimos a un gas ideal, como aquel que obedece esta
    relación bajo todas las condiciones. No existe algo que
    seaen verdad un gas ideal, pero sigue siendo concepto muy util
    y sencillo, relacionado realmente, con el hecho que todos los
    gases reales se aproximan a la abtracción de los gases
    ideales en su comportamiento, siempre que la densidad sea
    suficientemente pequeña. pV=nRT se llama ecuación
    de estado de un gas ideal.

    Si pudieramos llenar al bulbo de un termonetro de gas
    (ideal) a volumen constante, un gas ideal, de veriamos,
    deacuerdo con la ecuación pV=nRT, que podemos definir la
    temperatura en terminos de sus lecturas de presión; esto
    es: (gas ideal).

    Aquí es la presión del gas en el punto
    triple del agua, en el que la temperatura es por
    definición 273.16 K. En la practica, debemos llenar
    nuestro termometro con un gas real y medir la temperatura
    extrapolando a la densidad cero, usando la
    ecuación:

     (gas real).

     

    Gas ideal: una descripción
    microscópica.

    Desde el punto de vista microscópico, definimos a
    un gas ideal haciendo las siguientes suposiciones, con lo que
    nuestra tarea será la de aplicar las leyes de la
    mecánica clásica, estadísticamente, a los
    átomos del gas y demostrar que nuestra definición
    microscópica es consecuente con la definición
    macroscópica de la sección procedente:

    1.- Un gas esta formado por partículas llamadas
    moléculas. Dependiendo del gas, cada molécula
    esta formada por un átomo o un grupo de átomos.
    Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable,
    consideramos que todas sus moléculas son
    idénticas.

    2.- Las moléculas se encuentran animadas de
    movimiento
    aleatorio y obedecen las leyes de
    Newton del movimiento. Las moléculas se mueven en
    todas direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las
    propiedades del movimiento suponemos que la mecánica
    newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico.
    Como para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o
    desechara, dependiendo de si los hechos experimentales indican
    o no que nuestras predicciones son correctas.

    3.- El numero total de moléculas es grande. La
    dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de
    las moléculas puede cambiar bruscamente en los choques
    con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las
    moléculas en particular, seguirá una trayectoria
    de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay
    muchas moléculas, suponemos que el gran numero de
    choques resultante mantiene una distribución total de
    las velocidades moleculares con un movimiento promedio
    aleatorio,

    4.- El volumen de las moléculas es una
    fracción despreciablemente pequeña del volumen
    ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas, son
    extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado
    por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca
    dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado
    por el liquido puede ser miles de veces menor que la del gas se
    condensa, el volumen ocupado por el liquido puede ser miles de
    veces menor que el del gas. De aquí que nuestra
    suposición es posible.

    5.- No actúan fuerzas apreciables sobre las
    moléculas, excepto durante los choques. En el grado de
    que esto sea cierto, una molécula se moverá con
    velocidad uniformemente los choques. Como hemos supuesto que
    las moléculas son tan pequeñas, la distancia
    media entre ellas es grande en comparación con el
    tamaño de una de las moléculas. De aquí
    que suponemos que el alcance de las fuerzas moleculares es
    comparable al tamaño molecular.

    6.- Los choques son elásticos y de duración
    despreciable. En las choques entre las moléculas con las
    paredes del recipiente se conserva el ímpetu y
    (suponemos)la energía cinética. Debido a que el
    tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que
    transcurre entre los choques de moléculas, la
    energía cinética que se convierte en
    energía potencial durante el choque, queda disponible de
    nuevo como energía cinética, después de un
    tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por
    completo.

     

    7. Leyes de los
    gases

    Toda las masas gaseosas experimentan variaciones de
    presión, volumen y temperatura que se rigen por las
    siguientes leyes:

    primera ley (Boyle-Mariotte)

    Los volúmenes ocupados por una misma masa gaseosa
    conservándose su temperatura constante, son inversamente
    proporcionales a la presión que soporta.

    Formula

    interpretación

    observación

     

    V= volumen inicial

    V´=volumen final

    P= presión inicial

    P´=Presión final

     

     

    Segunda ley (Gay-Lussac).

    Cuando se calienta un gas, el volumen aumenta 1/273 parte
    de su valor primitivo, siempre que la presión no
    varíe. Temperatura y volumen son directamente
    proporcionales.

    Formula

    interpretación

    observación

     

    V= volumen inicial

    V´=volumen final

    T= temperatura inicial

    T´=temperatura final

     

     

    Tercera ley (Charles)

    La presión ejercida por una masa gaseosa es
    directamente proporcional a su temperatura absoluta, siempre
    que el volumen sea constante.

    Formula

    interpretación

    observación

     

    P= presión inicial

    P´=presión final

    T= temperatura inicial

    T´=temperatura final

     

     

    Ecuación general del estado gaseoso.

    En una masa gaseosa los volúmenes y las presiones
    son directamente proporcionales a sus temperaturas absolutas e
    inversamente proporcionales entre sí.

     

     

    Formula

    Interpretación

    Despejando presión

     

    P=presión inicial

    P´=presión final

    V=volumen final

    V´=volumen final

    T´=temperatura final

    T=temperatura fianl

     

    " El misterio de el niño cambia al mundo
    "

    Sus efectos, previsibles hasta 1988.

    Pescadores peruanos y ecuatorianos fueron los primeros en
    percatarse de un fenómeno climático que
    ocurría con alguna regularidad, lo llamaron El
    niño pues se presentaba en vísperas de Navidad y lo
    asociaban con la llegada del niño Jesús.
    Posteriormente llamó la atención de los
    científicos, quienes comenzaron a
    estudiarlo. 

    Durante 1997 el fenómeno ha causado severos
    cambios en el clima de todo
    el mundo. Según la Administración Nacional
    Oceanográfica y Atmosférica (NOAA, por sus siglas
    en ingles) en el continente americano provocara "inusuales
    alteraciones del clima", que se presentaran de noviembre de
    1997 a marzo de 1998; las observaciones satelitales el aumento
    de la temperatura del Pacifico ecuatorial.

    Ants Leetmaa, director del Centro de Predicciones
    Climáticas de la NOAA, menciono algunas de estas
    inusuales modificaciones: monzones en el sudeste de Asia e India;
    sequías en Estados Unidos, sudeste de África,
    Australia y el noreste de Brasil; fuertes
    tormentas en el Océano Pacifico e inundaciones en
    Perú, Ecuador,
    Centroamericana y el sur de Estados Unidos.
    Por su parte, investigadores del Centro de Predicción
    Ambiental Marítima de China
    informaron que el fenómeno meteorológico
    será el mas fuerte de este siglo y sus efectos se
    agudizaran a finales del año. Son Xuejia, director del
    centro, advirtió: "En estos momentos la fuerza de esta
    alteración natural es igual a la de 1982, pero se espera
    que se fortalezca aun mas a finales de 1997".

    Dice que el mar ha registrado movimientos violentos y la
    alteración de las temperaturas atmosféricas
    indica que durante este año El niño se presentara
    con tal fuera que probablemente será catalogado como el
    peor del siglo. 

     

    El niño del siglo. 

    Desde que se estudia, uno de los peores fenómenos
    que se ha presentado es el de 1982-1983, cuando provoco
    inundaciones en Perú, lluvias torrenciales en el sur de
    California y benefició con un invierno anormal a una
    parte de Estados Unidos. En lo que fue su ultimo gran golpe, el
    meteoro causó graves sequías en Indonesia,
    África y Australia; persistentes lluvias en
    América, además de severas inundaciones y
    deslizamientos. 

    En este periodo, ocasiono mas de 2 mil muertes en el
    mundo y dalos materiales
    por 13 mil millones de dólares. Por ahora, los
    pronósticos señalan que el fenómeno
    seguirá fortaleciéndose, pasara por su
    máxima intensidad hacia finales de este año y se
    prolongara en su fase de debilitamiento en los primeros meses
    del año. 

     

    ¿ Qué es el niño ?

    Es una masa de agua con una temperatura por arriba de lo
    normal y se asocia con los tifones, inundaciones,
    sequías terrestres y toda clase de cambios
    climáticos. Se desplaza desde las costas de Indonesia
    por la línea ecuatorial, hasta las costas del pacifico
    sudamericano en el verano del Hemisferio Sur; al suceder esto,
    las aguas costeras de Perú, Ecuador y del norte de
    Chile se
    elevan algunos grados por encima del promedio.

    Este fenómeno que se genera con intervalos de dos
    a siete años se caracteriza porque la superficie del mar
    y la atmósfera sobre él presentan una
    condición anormal durante un periodo de 12 a 18 meses,
    que decae cuando no hay suficiente agua cálida para
    sostener el ciclo. 

    El Ingeniero Carlos Espinosa González, gerente del
    Sistema Meteorológico Nacional (SMN), explico que el
    meteoro se inicia durante el verano, se propaga hacia el este y
    alcanza su etapa de madurez en el invierno del Hemisferio
    Norte. El niño se origina en el Océano Pacifico
    tropical, cerca de Australia e Indonesia, donde aumenta la
    temperatura de las aguas superficiales. Este máximo de
    temperatura se desplaza gradualmente hacia el este y alrededor
    de seis meses después, alcanza la costa de
    América del Sur, en el extremo este del
    Pacifico. 

    El desplazamiento del máximo de temperatura va
    acompañado de un enfriamiento relativo en el
    Océano Pacifico Occidental, cerca de Asia. Mientras esto
    sucede en el océano, en la atmósfera, se altera
    el patrón de la presión atmosférica, la
    cual baja en el este del Pacifico y sube en el oeste. A la
    aparición y desplazamiento del máximo de
    temperatura se le ha nombrado "episodio cálido" y al
    sube y baja de la presión, oscilación del
    sur. 

    En tanto, los científicos lo llamaron ENOS (El
    niño, Oscilación del Sur) y lo definen como
    alteraciones de los patrones de circulación del
    océano y la atmósfera. Durante ENOS se altera la
    presión atmosférica en zonas distintas entre
    sí, cambia la dirección y velocidad del viento y
    se desplazan las zonas de lluvia de la región tropical.
    En el océano, la contracorriente ecuatorial, que dirige
    las aguas frías de la corriente del Perú hacia el
    oeste, se debilita, favoreciendo el transporte de aguas
    cálidas hacia la costa de América del
    Sur. 

    Los cambios climáticos que acompañan a El
    niño son:

    • Sube
      la presión atmosférica en el Pacifico, a la
      altura del Ecuador sobre el oeste.
    • Los
      vientos predominantes se debilitan y revierten su
      dirección normal.
    • El
      agua oceánica fluye a mayor temperatura hacia el
      Ecuador.

    Se producen fuertes lluvias en el Pacifico Central y
    este, a la altura del Ecuador.

    Lo contrario a este fenómeno es La niña o
    fase fría de ENOS. En este caso las aguas son más
    frías de lo normal en el Pacifico tropical del este, a
    la altura de las costas de Sudamérica.

    Cuando se presenta en territorio nacional, los veranos
    son lluviosos, el invierno es tibio y la actividad de huracanes
    aumenta principalmente en el Golfo de México y en el
    Océano Atlántico.

    No se sabe cuando será el año de La
    niña; por lo pronto, hasta los primeros meses de 1998,
    El niño seguirá modificando los patrones del
    clima del mundo. Estos fenómenos no se pueden presentar
    al mismo tiempo y tampoco es factible predecir cuando
    volverá a darse cualquiera de los dos.

     

    La llegada de el niño.

    Se ha presentado 17 veces desde 1925. Entre lo mas
    recordados esta el de 1953, pero al de este año es al
    que se ha considera como el más intenso. Los
    científicos atribuyen a varias causas naturales su
    aparición. Daniel Walter, investigador de la Universidad
    de Hawai, asocia el fenómeno con la actividad que ocurre
    con el lecho del océano, dice que hay una
    conexión entre los terremotos
    bajo el mar y la incidencia de El niño.

    En su opinión, la aparición del
    fenómeno coincidió con sismos en el
    East Pacific Rise, una cadena montañosa ubicada en el
    océano. La temperatura volcánica llegaba a la
    superficie del este y calentaba el agua y el aire de la zona,
    desencadenando las anormalidades que lo
    caracterizan.

    Por su parte, John Toole, oceanógrafo de
    Massachussets, explica que el problema lo provocan el
    océano y la atmósfera. "La principal causa esta
    en el primero, que es muy ancho para dar una respuesta uniforme
    a la acción de la radiación solar".

    En la actualidad los investigadores vinculan más
    estrechamente la ocurrencia de El niño con cambios en la
    presión atmosférica y en la dirección de
    los vientos en la zona ecuatorial. Carlos Espinosa lo define
    como una combinación de interacciones entre el
    océano y la atmósfera, pero advierte que "no se
    conocen las causas que originan el desarrollo
    del fenómeno y no se puede pronosticar. Se sabe que
    apareció cuando el agua del océano se
    calentó más de lo normal y predominaron los
    vientos de oeste a este.

     

    ¿Que es un coloide?

    Es un sistema en el cual las partículas de una
    sustancia pueden hallarse en suspensión en un liquido
    -sin tender a acumularse en la superficie ni en el fondo –
    merced a un equilibrio llamado estado coloidal (sustancia cuyas
    partículas tienen propiedades coloidales).

    Las partículas de todas las substancias coloidales
    se hayan cargadas eléctricamente y no pueden atravesar
    dichas membranas.

    Las partículas coloidales (micelas) se emulsionan
    en el seno del líquido y dan una seudosolución
    (sol) cuya estabilidad depende de la viscosidad y
    tensión superficial del solvente y de la carga
    eléctrica de las micelas. Esta carga puede ser negativa
    o positiva – según la sustancia de que se trate – paro
    siempre del mismo signo para todas las micelas. Por
    consiguiente, estas se repelen y no pueden
    aglomerarse.

    Una parte de los tejidos
    vegetales y animales son de
    naturaleza coloidal. Además, los coloides constituyen el
    punto de partida de importantes procesos industriales, cuales
    son la fabricación del caucho, de la seda artificial,
    del celuloide y otras materias.

    La suspensión de partículas liquidas en un
    medio gaseoso es aerosol.

    ¿Que es el ozono?

    El ozono esta formado por los efluvios eléctricos,
    se encuentra en pequeñas cantidades en la baja
    atmósfera, pero existe también en las capas
    más elevadas donde es engendrado por las radiaciones
    solares ultravioleta.

    Gas de la formula O3 que no es sino una
    variedad de oxigeno cuyas moléculas constan de tres
    átomos en vez de los que tiene la molécula de
    oxigeno ordinario.

    Si el ozono contenido en la atmósfera se hallara
    en el suelo, a la
    temperatura y presión normales, formaría una capa
    del orden de 2, 5 mm de espesor. En realidad, casi todo este
    ozono esta concentrado en la ozonósfera, parte de la
    estratosfera situada entre 15 y 40 Km. Allí se produce,
    al ser disociadas las moléculas de oxigeno del aire por
    los rayos ultraviolados de origen solar y también por
    los electrones libres y las radiaciones libres y las
    radiaciones cósmicas. El ozono detiene así a
    todos los rayos ultraviolados solares de la longitud de onda
    inferior a 2900 ángstrom, cuya circunstancia se debe –
    dado las referidas radiaciones son mortales, tanto para los
    animales como para las plantas – La existencia de vida en
    nuestro planeta.

     

    8. Presión
    atmosferica en relación al medio
    ambiente.

    El aire atmosférico ejerce sobre toda pared
    sólida en la que se encuentra sumergido una
    presión perpendicular, que se denomina presión
    atmosférica, cuyo valor es aproximadamente de un
    kilogramo por centímetro cuadrado.

    La presión atmosférica es la que ejerce la
    atmósfera sobre todos los objetos que se hallan en
    contacto con ella y que no es sino la manifestación del
    peso del aire.

    Una columna de aire cuya base mida 1 cm2 y
    cuya altura sea la de la atmósfera, pesa 1003g y
    equilibra el peso de la columna de mercurio de igual
    diámetro y de 76 cm de altura o una de agua de 10,33 m,
    equivalentes a 1013 milibares. Dichos valores se refieren a la
    presión a nivel del mar, ya que, como la densidad del
    aire disminuye rápidamente con la altura, también
    experimenta un rápido descenso la presión, pues
    más de la mitad de todo el aire atmosfericose halla
    concentrado en los 5,000 primeros metros y 96% del mismo en los
    primeros 20,000 m. De ahí la necesidad de comprimir el
    aire en las cabinas de los aviones y la imposibilidad para los
    mismos de sustentarse y de hallar en la alta atmósfera
    el oxígeno necesario para el funcionamiento de los
    motores de combustión aerobia. Pero los cohetes, que no
    se apoyan con los planos sustentadores y que llevan su propia
    reserva de comburente, se mueven y funcionan en las
    atmósferas más enrarecidas e incluso en el
    vacío.

    La presión atmosférica al nivel del mar se
    halla sujeta a variaciones provocadas por os movimientos de las
    masas de aire, dado que un aire frío es más denso
    que un aire caliente. Estos cambios provocan perturbaciones del
    tiempo.

    Dícese que la atmósfera material rodea a
    las personas y a las cosas. Y por ext., la atmósfera
    moral y el
    conjunto de factores que contribuyen a crear una
    situación o estado particular alrededor de una persona.

     

    ¿ Porqué el cielo es azul ?

    El azul del cielo y el rojo de la puesta del sol, se
    deben a un fenómeno llamado
    <<difusión>>. Cuando la luz del sol pasa por
    la atmósfera de la Tierra,
    mucha de la luz es recogida por las moléculas del aire y
    cedida otra vez en alguna otra dirección. El
    fenómeno es muy similar a la acción de las
    ondas del
    agua sobre los objetos flotantes. Si, por ejemplo, las
    ondulaciones procedentes de una piedra arrojada a un estanque
    de agua inmóvil encuentran algún corcho
    pequeño flotando en su superficie, el corcho cabecea
    subiendo y bajando con la frecuencia de las ondas que
    pasan.

    La luz se describe como actuando del mismo modo sobre
    moléculas del aire y finas partículas de polvo.
    Una vez puestas en vibración por una onda luminosa, una
    molécula o una partícula pueden emitir de nuevo
    luz absorbida, algunas veces en la misma dirección, pero
    generalmente en cualquier otra.

    Los experimentos demuestran, de acuerdo con la
    teoría de la difusión, que las ondas más
    cortas se difunden más fácilmente que las
    más largas. Para ser más específicos, la
    difusión es inversamente proporcional a la cuarta
    potencia de
    la longitud de onda.

    Difusión  1/
    4

    De acuerdo con esta ley las ondas cortas de la luz
    violeta se difunden diez veces más fácilmente que
    las ondas largas de la luz roja. Los otros colores se
    difunden en proporciones intermedias. Así cuando la luz
    solar entra en la atmósfera de la Tierra, la
    luz violeta y la azul, se difunden más, seguidas del
    verde, amarilla, anaranjada y roja, en el orden
    indicado.

    Para cada diez ondas violetas (  = 0,00004 cm )
    difundidas en un haz, hay sólo una onda roja ( 
    = 0,00007 cm ).

    Violeta azul verde amarilla anaranjada roja

    10 7 5 3 2 1

     

    A mediodía, en un día claro cuando el Sol
    está directamente en el cenit, el cielo entero aparece
    como azul claro. Este es el color compuesto
    de la mezcla de colores difundidos más efectivamente por
    las moléculas del aire. Puesto que el azul claro del
    triángulo de los colores se obtiene de la mezcla aditiva
    de violeta, azul, verde y amarillo.

     

    Las puestas de sol son rojas, la luz del cielo esta
    polarizada linealmente en bastante grado, como puede
    comprobarse sin dificultad mirando al cielo directamente hacia
    arriba, a través de una lamina polarizante, puesto que
    la luz difusa es sustraída del haz original, que resulta
    debilitado durante este proceso.

     

     

    JULIÁN MARCEL CASTRO ARIAS

    Cód: 65011079

    UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA

    FACULTAD DE INGENIERÍA
    MECÁNICA

    BOGOTÁ D.C., 4 DE MARZO DE
    2003

     

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