martes, 2 de noviembre de 2010

Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica. Matemáticamente se expresa por:






Hemos visto que la energía potencial eléctrica es proporcional a la carga 0 q , para poder independizarnos, dividimos la expresión de U por la carga 0 q , y obtenemos una cantidad que llamaremos por definición potencial eléctrico (V ), es decir V = U/0 q , el igual que hemos visto para el campo eléctrico E , el potencial V , es un campo porque posee un valor para cada punto del espacio. Como U es un valor escalar, entonces V , también es escalar. La carga 0 q de la partícula de prueba utilizada para medir el potencial debe ser pequeña ya que de lo contrario su presencia podría alterar la distribución de cargas que produce el potencial, con lo cual cambiaría el potencial que queremos medir.

Unidades de potencial eléctrico

La unidad es el voltio o volts , definido como:

Volts = joule/ coulomb

Diferencia de potencial

Nuestra definición de potencial se baso en la posición de referencia que escogimos para le

energía potencial, U(r) = 0 , para r →∞, es decir para puntos muy alejados de la

distribución de cargas el potencial V vale cero. Una posición particular de referencia siempre

queda determinada por conveniencia, para los circuitos eléctricos será la que llamamos masa o

tierra, pero tenemos que tener presente que solo tiene significado físico un cambio de energía

potencial y consecuentemente sólo un cambio en potencial o diferencia de potencial.

La diferencia de potencial a partir de la diferencia de energía potencial para una partícula cargada

con 0 q , cuando se mueve entre los puntas a y b será:

Vb- Va = Ub – Ua / q0



domingo, 10 de octubre de 2010

Ley de Avogadro

Antecedentes

La ley de Gay-Lussac no tenía una interpretación adecuada en base a los postulados de la teoría atómica de Dalton. Para John Dalton y sus seguidores, las partículas que forman los elementos eran los átomos y según su hipótesis de máxima simplicidad si dos elementos forman un sólo compuesto, éste tendrá un átomo de cada elemento. Así, para el agua suponía una fórmula HO. Según esto, un volumen de hidrógeno reacciona con un volumen de oxígeno para dar dos volúmenes de agua, en contra de los datos experimentales.

La Ley de Avogadro (a veces llamada Hipótesis de Avogadro o Principio de Avogadro) es una de las leyes de los gases ideales. Toma el nombre de Amedeo Avogadro, quien en 1811 afirmó que: Síntesis del agua

La ley de Avogadro dice que:

"Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas"

§ Objetivo

Conocer la síntesis del agua a través del experimento, que consiste en juntar dos elementos químicos (hidrógeno y el oxígeno) y así ver la síntesis

§ Procedimiento

1) Obtención de H:

Se llena completamente la botella de agua, después se introduce en el recipiente que contiene agua, sin que entre aire, después a un frasco se le introducen 50 ml de ácido muriático más un poco de granalla, después la manguera va a ir a la boca de la botella y se va a observar como disminuye el agua de la botella.

Fórmula:

50 ml de ácido muriático + Zn (granalla)

2H CL (ac) + Zn ---------------> H (g) + Zn² Cl ¹


2)Obtención de O
:

Con otro frasco, se le introduce agua oxígenada, más un poco de Nh, después la manguera va a ir a la boca de la botella y se observa como botella queda totalmente vacia.

Fórmula:

H O ---------> Nh O O (g) + HO

Liberación de energía


Se saca la botella del recipiente con agua, tapando la boca de la botella, despuésse acerca um cerillo prendido.

Se saca la botella del recipiente con agua, con la mezcla de 2 volúmenes de hidrógeno (2/3) y un volumen de oxígeno (1/3) y se coloca rápidamente el tapón. Se retira el tapón del frasco, se prende un cerillo y lo acercamos a la boca del frasco. Y se observa la formación de agua.





LEY DE GAY-LUSSAC

Esta ley muestra la clara relación entre la presión y la temperatura con el volumen lleva el nombre de quien la enuncio en el año 1800.

La ley expresa que al aumentar la temperatura, las moléculas del gas comienzan a moverse muy rápidamente aumentando su choque contra las paredes del recipiente que lo contiene.

Gay-Lussac descubrió que,no importa el momento del proceso el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor, o sea es constante.

Las temperaturas siempre deben ser expresadas en Kelvin para esta ley.

Conclusión: Al aumentar la temperatura aumenta la presión y al disminuir la temperatura disminuye la presión.

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800


¿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.

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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.




lunes, 20 de septiembre de 2010

Ondas longitudinales o de Compresión

Una onda longitudinal es una onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de compresión. Algunos ejemplos de ondas longitudinales son el sonido y las ondas sísmicas de tipo P generadas en un terremoto. 

Por otro lado, cada partícula de un frente de onda cualquiera oscila en dirección de la propagación, esto es, inicialmente es empujada en la dirección de propagación por efecto del incremento de presión provocado por el foco, retornando a su posición anterior por efecto de la disminución de presión provocada por su desplazamiento. De este modo, las consecutivas capas de aire (frentes) se van empujando unas a otras transmitiendo el sonido.

Ultrasónico, Resonancia, Infrasónico


Ultrasonido o Ultrasónico:

Onda acústica que no puede ser percibida por el hombre por estar en una frecuencia más alta de lo que puede captar el oído. Este límite se encuentra aproximadamente en los 20 KHz. En cambio otros animales, como murciélagos, delfines y perros, logran oír estas frecuencias, e incluso utilizarlas como radar para orientarse y cazar.

El ultrasonido se utiliza en muchos ámbitos de las ciencias y las tecnologías. Por ejemplo, en medicina se emplea para el diagnóstico por ultrasonido (ultrasonografía), fisioterapia, econografía, limpieza de dientes, liposucción, etc.


En medicina, la diagnosis. La técnica más conocida, sin ninguna duda, es la ecografía. La idea, una vez más, es inyectar ultrasonidos a través de la piel en el organismo del paciente (baja intensidad, en torno a unos pocos miliwatios). Estos se reflejan a medida que vayan pasando de unos medios a otros y los ecos son procesados para mostrarlos finalmente por pantalla.

En la industria se utiliza para medir distancias, ensayos no destructivos, caracterización interna de materiales, limpieza de superficies, etc.

La utilización de los ultrasonidos en la industria es variada. Podemos encontrar detectores de defectos en piezas metálicas, medición de espesor de las mismas, apertura automática de puertas, etc.
Quizá una de las aplicaciones más importantes en este sentido sea la soldadura de plásticos por ultrasonidos.

En el ámbito militar el ultrasonido puede utilizarse como arma.

Una de las principales aplicaciones de los ultrasonidos es la que tiene que ver con los sensores para guiado y sondeo. Aquí es donde entra en juego el tema de acústica submarina, aplicado en el sondeo del fondo del mar, navegación de submarinos, detección de bancos de pescado, etc.

Este uso de los ultrasonidos a modo de radar es utilizado por animales, concretamente por los murciélagos, cuyo sentido del oído está muy desarrollado, llegando incluso a escuchar frecuencias cercanas a los 100 KHz.

Los ultrasonidos también tienen aplicaciones en el campo de la Química. Su principal función aquí es la de activar ciertos compuestos con el fin de acelerar las reacciones químicas en los procesos de fabricación de materiales órgano metálicos. En los últimos años, se ha creado una nueva rama de la Química: la Sonoquímica, con un futuro interesante.


Resonancia:

Es el fenómeno por el cual el cuerpo entra en vibración ante la proximidad de la producción de un sonido de frecuencia igual a la que dicho cuerpo puede producir.

El cuerpo que vibra por resonancia es el resonador. El que inicia la vibración se llama excitador.

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo. En el cual una fuerza relativamente pequeña aplicada en forma repetida, hace una amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande.

En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza.

Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rígidos como el vaso que se rompe cuando una soprano canta y alcanza y sostiene la frecuencia de resonancia del mismo. Por la misma razón, no se permite el paso por puentes de tropas marcando el paso, ya que pueden entrar en resonancia y derrumbarse.

Una forma de poner de manifiesto este fenómeno consiste en tomar dos diapasones capaces de emitir un sonido de la misma frecuencia y colocados próximos el uno del otro, cuando hacemos vibrar uno, el otro emite, de manera espontánea, el mismo sonido, debido a que las ondas sonoras generadas por el primero presionan a través del aire al segundo.

Infrasonido o Infrasónico:

Un infrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por debajo del espectro audible del oído humano (aproximadamente 20 Hz).

El infrasonido es utilizado por animales grandes como el elefante para comunicarse en amplias distancias (sonidos de 100 dB SPL [Nivel de Presión de Sonido] a unos pocos kilómetros a la redonda) sin problema alguno. La clave de que estos animales puedan oír a dichas distancias es la separación de sus oídos, ya que esta es directamente proporcional a la frecuencia de onda que pueden captar (en diferencia con los animales de cabezas pequeñas). Recientemente, se ha demostrado que los elefantes registran el infrasonido no sólo con sus oídos, sino también al sentir las vibraciones producidas por ellos mismos mediante sus patas, ya que sus uñas actúan como sensores conductores de sonidos de baja frecuencia.

Los desastres naturales como erupciones volcánicas, terremotos y tornados producen sonidos de una intensidad comparable con el sonido que hace una bomba atómica en su explosión, con la diferencia de que al estar por debajo de los 20 Hz son inaudibles al oído humano; lo que ha permitido iniciar investigaciones vulcanológicas y meteorológicas, para evitar futuros desastres.

La principal aplicación de los infrasonidos es la detección de objetos. Esto se hace debido a la escasa absorción de estas ondas en el medio, a diferencia de los ultrasonidos, como veremos. Por ejemplo una onda plana de 10 Hz se absorbe cuatro veces menos que una onda de 1000 Hz en el agua. El inconveniente es que los objetos a detectar deben ser bastante grandes ya que, a tales frecuencias, la longitud de la onda es muy grande lo cual limita el mínimo diámetro del objeto. Como ejemplo diremos que un infrasonido de 10 Hz tiene una longitud de onda de 34 m en el aire, luego los objetos a detectar deben tener un tamaño del orden de 20 m en el aire y 100 m en el agua.

Por su parte depredadores como los tigres utilizarían estas frecuencias presentes en sus rugidos como un complemento de sus tácticas de caza, no para ubicar a sus posibles presas sino por el efecto paralizante que puede llegar a tener el infrasonido.

sábado, 18 de septiembre de 2010

Características del Sonido

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda.

Intensidad (Depende de la amplitud):

Distingue un sonido fuerte de uno débil.

Tono (Depende de la frecuencia):

Distingue a un sonido agudo (tono alto) de un sonido grave (tono bajo).

Timbre (Depende de la forma de onda):

Distingue dos sonidos de la misma intensidad y tono, pero producido por distintas fuentes.

INTENSIDAD: La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo, en un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido.

ALTURA O TONO: Cada sonido se caracteriza por su velocidad específica de vibración, que impresiona de manera peculiar al sentido auditivo. Esta propiedad recibe el nombre de tono.

Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes un de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa.

TIMBRE: Si se toca el situado sobre el do central en un violín, un piano y un diapasón, con la misma intensidad en los tres casos, los sonidos son idénticos en frecuencia y amplitud, pero muy diferentes en timbre. De las tres fuentes, el diapasón es el que produce el tono más sencillo, que en este caso está formado casi exclusivamente por vibraciones con frecuencias de 440 hz. Debido a las propiedades acústicas del oído y las propiedades de resonancia de su membrana vibrante, es dudoso que un tono puro llegue al mecanismo interno del oído sin sufrir cambios. La componente principal de la nota producida por el piano o el violín también tiene una frecuencia de 440 hz. Sin embargo, esas notas también contienen componentes con frecuencias que son múltiplos exactos de 440 hz, los llamados tonos secundarios, como 880, 1.320 o 1.760 hz. Las intensidades concretas de esas otras componentes, los llamados armónicos, determinan el timbre de la nota.

viernes, 17 de septiembre de 2010

Fuentes Sonoras

Es un dispositivo u objeto que es capaz de emitir un sonido, ejemplo de ello es un altavoz.
Debido a la forma o constitución fisica del objeto es como se generan los sonidos y esta se puede dividir en tres tipos:

  • Cuerdas: Una cuerda se puede definir como un filamento perfectamente elastico que recupera rapidamente su forma al ser deformada. Cuando se tiene una cuerda sujeta por ambos lados y esta es pertubada, es el centro en donde se tiene la mayor enlonjacion( Maxima Amplitud)) y los extremos la menor enlojacion (Amplitudes Pequeñas).Esto lo muestra el siguiente gráfico.
  • Membrana:Una membrana a diferencia de una cuerda es que no solo tiene sujetos 2 puntos, sino que están sujetos varios puntos. En las menbrana al igual que en las cuerdas se tienen puntos de mayor enlonjacion ( Máxima Amplitud) y puntos de menor enlojacion (Menor Amplitud), los puntos de Maxima Amplitud se encuentra en el centro de la membrana y los puntos de menor amplitud se encuentran cercanos a los puntos de sujeción, esto se da debido a la naturalidad de la membrana. Acontinuacion se muestra un grafico que ilustra lo mencionado anteriormente.
  • Columnas de Aire:Una columna de aire esta formado por un tubo por donde se le hace pasar aire y la composicion fisica del objeto con el aire entran en resonancia. En las columnas de Aire de hallan dos puntos muy importantes, uno es el centro de la columna de aire a la salida del tubo (Captacion de Frecuencias Bajas) y el otro punto en los pabellones del material(Captacion de Frecuencias Altas). Debido a que tan largo o que tan corto en el tubo para generar la columna de aire, se generaran frecuencias bajas (mas largo el Tubo) o Frecuencias Altas(mas corto el tubo). Los instrumentos de Aliento utilizanel principio de las columnas de Aire y las membranas para generar sonido.

Ondas Sonoras

Las ondas sonoras son ondas mecánicas longitudinales: mecánicas porque necesitan un medio material para su propagación y longitudinales porque las partículas del medio actúan en la misma dirección en la que se propaga la onda. Ej: Si hacemos el vacío en una campana de vidrio en la que hay un despertador sonando, a medida que va saliendo el aire el sonido se va apagando hasta que desaparece del todo. Pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos.

La propagación de una onda sonora consiste en sucesivas compresiones y dilataciones del medio de propagación, producidas por un foco en movimiento vibratorio. Al paso de la onda el medio experimenta variaciones periódicas de presión. Ej: Si tenemos una regla metálica e inmovilizo un extremo con un tornillo de mordaza. Haz oscila la regla. Al principio puede que no se observe ningún sonido pero si vas acortando la regla si. Ello es debido a que la regla compone la copa de aire que está en contacto con ella y hace que aumente la presión, mientras que la capa de aire que está en el otro lado se enrarece (disminuye su presión). El movimiento de vaivén de la regla hace que las compresiones y enrarecimientos del aire se sucedan de forma alternada en el tiempo y se propaguen en el medio. Son una onda mecánica longitudinal.

Llamamos sonido a la propagación de la vibración de un cuerpo elástico en un medio material. Requiere fuente emisora de ondas sonoras, un medio transmisor, y un receptor o detector de sonidos.

Diremos que una onda mecánica longitudinal es sonora cuando la percibimos como sonido a través de los oídos. Esto ocurre cuando la frecuencia de oscilación está entre 16 y 20.000 Hz (muchas personas comienzan a no oír a partir de 15.000 Hz).