89001294 Fisica y Quimica To
Transcript of 89001294 Fisica y Quimica To
-
7
Estudios
Generales
NIVEL
TCNICO OPERATIVO
CDIGO: 89001294
000977
SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL
Fsica y Qumica
DIRECCIN NACIONAL
GERENCIA ACADMICA
-
MATERIAL DIDCTICO ESCRITO
CICLO : ESTUDIOS GENERALES
CURSO : FSICA Y QUMICA
NIVEL : TCNICO OPERATIVO
Con la finalidad de uniformizar el desarrollo de la formacin profesional en el Ciclo de
Estudios Generales a nivel nacional y dando la apertura de un mejoramiento continuo,
se autoriza la APLICACIN Y DIFUSIN del material didctico escrito referido a
FSICA Y QUMICA .
Los Directores Zonales y Jefes de Centros de Formacin Profesional son los
responsables de su difusin y aplicacin oportuna.
AUTORIZACIN Y DIFUSIN
DOCUMENTO APROBADO POR EL
GERENTE ACADMICO DEL SENATI
149
Firma:
Lic. Jorge Chvez Escobar
-
FSICA Y QUMICA
3
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
UNIDADES
Unidad I : MEDICIN Y UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI).
Unidad II : MATERIA Y SUS CARACTERSTICAS.
Unidad III : TOMO, MOLCULA Y SUSTANCIAS.
Unidad IV : CINEMTICA.
Unidad V : ENERGA.
Unidad VI : FUERZAS.
Unidad VII : MQUINAS SIMPLES.
Unidad VIII : ROZAMIENTO Y PRESIN.
Unidad IX : NOCIONES DE ELECTROSTTICA Y ELECTRODINMICA.
-
FSICA Y QUMICA
4
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
NDICE
UNIDAD 01: MEDICIN Y UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI).
1.1. Metrologa.
Generalidades.
El control.
Medir. 1.2. El sistema internacional de unidades (de base, suplementarias y derivadas).
1.3. Reglas para el uso del sistema.
1.4. Definicin de las unidades de base del SI.
1.5. Unidades dimensionales lineales.
1.6. Sistema mtrico decimal.
1.7. Sistema ingls.
1.8. Normas generales de medicin.
Prctica intensiva con reglas graduadas.
UNIDAD 02: MATERIA Y SUS CARACTERSTICAS.
2.1. Materia y sus estados fsicos.
2.2. Propiedades de la materia.
Propiedades generales.
Propiedades especficas. 2.3. Material: Propiedades.
Propiedades fsicas.
Propiedades qumicas.
Propiedades tecnolgicas. 2.4. Clasificacin de los materiales.
2.5. Cristalizacin de los metales.
UNIDAD 03: TOMO, MOLCULA Y SUSTANCIA.
3.1. Constitucin de la materia.
3.2. Estructura de la materia.
3.3. Mezcla y combinacin.
Mezcla homognea.
Mezcla heterognea.
Combinacin
-
FSICA Y QUMICA
5
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.4. Elemento qumico.
Smbolos.
Frmulas. 3.5. Qumica y sus aplicaciones.
3.6. Fenmenos.
Fenmenos fsicos.
Fenmenos qumicos. 3.7. Aleaciones.
Tipos de aleaciones.
UNIDAD 04: CINEMTICA.
4.1. Elementos bsicos del movimiento.
4.2. Movimiento rectilneo uniforme (MRU).
Velocidad.
Unidad de velocidad. 4.3. Movimiento rectilneo uniformemente variado (MRUV).
Aceleracin.
Unidades del movimiento.
Leyes del movimiento rectilneo uniformemente variado.
Frmulas del movimiento rectilneo uniformemente variado. 4.4. Movimiento circular.
Elementos bsicos del movimiento circular.
Velocidad lineal.
Velocidad angular.
UNIDAD 05: ENERGA.
5.1. Energa: concepto.
Formas de energa. 5.2. Concepto de calor.
Fuentes de calor.
Clculo del calor.
Temperatura (relacin entre las escalas de temperaturas). 5.3. Efectos del calor:
Variacin de temperatura.
Dilatacin de los cuerpos.
-
FSICA Y QUMICA
6
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Cambios de estado fsicos.
Aplicacin de la dilatacin de slidos y lquidos. 5.4. Propagacin del calor.
Conduccin.
Conveccin.
Radiacin.
UNIDAD 06: FUERZAS.
6.1. Definicin.
6.2. Unidades de fuerza.
6.3. Formas de accin de las fuerzas.
6.4. Accin y reaccin (3ra ley de newton).
6.5. Posicin relativa de los vectores fuerza.
Mtodo grfico.
Mtodo del paralelogramo.
Mtodo del tringulo.
Mtodo del polgono. 6.6. Composicin y descomposicin de fuerzas.
6.7. Fuerzas paralelas (procedimiento grfico).
6.8. Procedimiento analtico.
Primera condicin de equilibrio. 6.9. Momento de una fuerza.
Momento positivo.
Momento negativo. 6.10. Teorema de Varignon.
6.11. Segunda condicin de equilibrio.
6.12. Fuerzas paralelas del mismo sentido y de sentido contrario.
6.13. Cupla o par de fuerzas.
UNIDAD 07 : MQUINAS SIMPLES.
7.1. Mquinas simples: definicin.
7.2. Palancas: definicin, ventaja mecnica, clases de palanca:
Primer gnero.
Segundo gnero.
Tercer gnero.
-
FSICA Y QUMICA
7
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
7.3. Plano inclinado.
Ventaja mecnica. 7.4. Polea.
Polea fija.
Polea mvil. 7.5. Polipastos (aparejos).
Aparejo potencial.
Aparejo factorial.
Aparejo diferencial. 7.6. Tornillo.
Ventaja mecnica. 7.7. Torno.
Ventaja mecnica.
UNIDAD 08: ROZAMIENTO Y PRESIN.
8.1. Rozamiento fuerzas pasivas.
8.2. Clases de rozamiento.
Rozamiento de adherencia.
Rozamiento de deslizamiento.
Rozamiento de rodadura.
Coeficiente de rozamiento. 8.3. Ventajas e inconvenientes.
8.4. Nociones presin.
8.5. Diferencia entre fuerza y presin.
Barmetro.
Manmetro. 8.6. Relacin entre la fuerza y rea de la superficie de apoyo.
8.7. Principio de pascal.
8.8. Prensa hidrulica.
UNIDAD 09: NOCIONES DE ELECTROSTTICA Y ELECTRODINMICA.
9.1. Electrosttica (definicin).
9.2. Electrizacin.
Carga positiva.
Carga negativa. 9.3. Conductores y aislantes.
-
FSICA Y QUMICA
8
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
9.4. Leyes de la electrosttica:
Ley de cargas.
Ley de Coulomb. 9.5. Electrodinmica (definicin).
Corriente elctrica.
Intensidad de corriente elctrica.
Ley de Ohm.
-
FSICA Y QUMICA
9
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
OBJETIVOS GENERALES
Al finalizar el estudio de las lecciones contenidas en las unidades de
aprendizaje de Fsica y Qumica, el estudiante deber estar en condiciones de:
Identificar las unidades dimensionales lineales y usar correctamente la
regla graduada.
Identificar las propiedades generales y especficas de la materia, adems
de la estructura de la materia, elementos y aleaciones.
Identificar los tipos de movimiento en cinemtica.
Identificar los tipos de energa.
Aplicar ecuaciones al clculo de fuerzas y mquinas simples.
Conocer los principios bsicos de la electrosttica y electro dinmica.
Conocer los principios fundamentales de Fsica y Qumica para el
afianzamiento posterior de capacidades profesionales.
Conocer a travs de ejemplos, la realidad fsica y ser generadora de su
propio aprendizaje a fin de encontrar con imaginacin soluciones a
problemas concretos y a situaciones nuevas.
-
FSICA Y QUMICA
10
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
UNIDAD 01
MEDICION Y UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL.
(SI)
-
FSICA Y QUMICA
11
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
MEDICIN Y UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (S.I).
1.1. METROLOGA.
Generalidades.
La metrologa se aplica a todas las magnitudes determinadas y, en
particular, a las dimensiones lineales y angulares de las piezas
mecnicas. Ningn proceso de medicin permite que se obtenga
rigurosamente una dimensin prefijada. Por esa razn, es necesario
conocer la magnitud del error tolerable, antes de seleccionarse los
medios de fabricacin y control convenientes.
El control.
El control no tiene por fin, solamente retener o reajustar los productos
fabricados fuera de las normas, se destina antes, a orientar la
fabricacin evitando errores. Representa por consiguiente, un factor
importante en la reduccin de las prdidas generales y en la mayor
productividad.
Un control eficaz debe ser total, esto es, debe ser tomado en las etapas
de transformacin de la materia, integrndose en las operaciones
despus de cada fase de utilizacin.
Todas las operaciones de control dimensional son realizadas por medio
de aparatos e instrumentos; debindose por tanto, controlar no
solamente las piezas fabricadas, sino tambin los instrumentos
verificadores como:
- Desgastes, en los verificadores con dimensiones fijas.
- Regulacin en los verificadores con dimensiones variables.
Esto se aplica tambin a las herramientas, a los accesorios y a las
mquinas herramientas utilizadas en la fabricacin.
Medicin.
El concepto de medir en s da, una idea de comparacin; como slo se
pueden comparar cosas de la misma especie, cabe presentar para la
medicin la siguiente definicin:
-
FSICA Y QUMICA
12
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Magnitud.
Es todo lo que se puede medir, para lo cual usamos una unidad de
medida.
Por ejemplo: la altura, el peso de un cuerpo, la velocidad o el volumen
son ejemplos de magnitudes por que se pueden medir.
1.2. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI).
Este sistema naci por acuerdo de la undcima Conferencia General de
Pesas y Medidas que se desarroll en Pars, Francia en 1960.
Este sistema no es otro que la evolucin mxima a la que lleg el sistema
mtrico decimal y est formado por unidades de base, unidades
suplementarias y unidades derivadas.
Unidades de base SI.
Magnitud Unidad Smbolo
longitud metro m
masa kilogramo kg
tiempo segundo s
intensidad de corriente elctrica ampere A
temperatura termodinmica kelvin K
intensidad luminosa candela cd
cantidad de sustancia mol mol
Unidades suplementarias SI.
Magnitud Unidad Smbolo
ngulo plano radin rad
ngulo slido estereorradin sr
-
FSICA Y QUMICA
13
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Unidades derivadas del Sistema Internacional (SI).
Son unidades que se forman de la combinacin entre las unidades de
base y/o las suplementarias.
Magnitud
Unidad Smbolo
Frecuencia hertz Hz 1 Hz = 1 s-1
fuerza newton N 1 N = 1kg.m/s2
presin pascal Pa 1 Pa = 1N/m2
trabajo, energa, cantidad de calor
joule J 1 J = 1N.m
Potencia watt W 1 W = 1 J/s
cantidad de electricidad coulomb C 1 C = 1A.s
potencial elctrico, diferencia de potencial, tensin, fuerza electromotriz
volt V 1 V = 1J/C
capacidad elctrica farad F 1 F = 1C/V
resistencia elctrica ohm = 1V/A
conductancia elctrica siemens S 1 S = -1
flujo de induccin magntica, flujo magntico
weber Wb 1Wb = 1V.s
densidad de flujo magntico, induccin magntica
tesla T 1 T = 1Wb/m2
Inductancia henry H 1 H = 1Wb/A
flujo luminoso lumen lm 1 lm = 1cd.sr
Iluminacin lux lx 1 lx = 1 lm/m2
Superficie metro cuadrado m2
Volumen metro cbico m3
Velocidad metro por segundo
m/s
Aceleracin metro por segundo al cuadrado
m/s2
ngulo plano grado
minuto
segundo
Tiempo minuto min
hora h
da d
As mismo se puede formar mltiplos y submltiplos decimales de cada
unidad, mediante el uso de prefijos.
-
FSICA Y QUMICA
14
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Prefijos en el SI
M
LT
IPL
OS
Prefijo Smbolo Factor Equivalente
Yotta Y 1024 1 000 000 000 000 000 000 000 000
zetta Z 1021 1 000 000 000 000 000 000 000
exa E 1018 1 000 000 000 000 000 000
peta P 1015 1 000 000 000 000 000
tera T 1012 1 000 000 000 000
giga G 109 1 000 000 000
mega M 106 1 000 000
kilo k 103 1 000
hecto k 102 100
deca da 101 10
SU
BM
L
TIP
LO
S
deci d 10-1 0.1
centi c 10-2 0.01
mili m 10-3 0.001
micro 10-6 0. 000 001
nano n 10-9 0.000 000 001
pico p 10-12 0.000 000 000 001
femto f 10-15 0.000 000 000 000 001
atto a 10-18 0.000 000 000 000 000 001
zepto z 10-21 0.000 000 000 000 000 000 001
yocto y 10-24 0.000 000 000 000 000 000 000 001
Este nuevo sistema se ha constituido desde entonces en un medio de
comunicacin a nivel internacional que ha permitido que ms de 90
pases puedan comprender y desarrollar un lenguaje comn de medicin.
El sistema internacional fue aprobado y oficializado en nuestro pas por el
Instituto de Investigacin Tecnolgica Industrial y de Normas Tcnicas
(ITINTEC) en 1972 y tiene carcter de ley 23560 desde el 31 de
diciembre de 1982, por lo que su empleo es obligatorio en todo el Per.
Actualmente el instituto del estado encargado de esta labor es el
INDECOPI (Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la
Proteccin de la Propiedad Intelectual) a travs de su Servicio Nacional
de Metrologa (SNM), cuyas funciones son difundir el Sistema Legal de
Unidades de Medidas del Per y absolver las consultas que se puedan
presentar tanto desde el sector pblico como desde el privado. Adems,
debe conservar, custodiar y mantener todos los patrones nacionales de
medida.
-
FSICA Y QUMICA
15
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Para esto, El Servicio Nacional de Metrologa cuenta con laboratorios modernos que ofrecen tambin los servicios de calibracin para la industria, la ciencia y el comercio en general.
1.2. REGLAS PARA EL USO DEL SISTEMA.
1. Los nombres de las unidades del sistema internacional se escriben
os
nombres que corresponden a unidades con nombre propio se escriben con
minscula, gramaticalmente es considerado como sustantivo comn y por
consiguiente, jams se escribe con letra mayscula, salvo en el caso de
comenzar la frase o luego de un punto.
Ejemplo:
Correcto Incorrecto metro Metro kilogramo KILOGRAMO newton Newton watt WATT grado Celsius grado celsius
2. Cuando se escribe una cantidad acompaada de una unidad del Sistema
Internacional se recomienda escribir la cantidad seguida del smbolo de la
unidad. Ejemplo:
34 s 10,5 m 1 W 1 L
3. Los nombres de las unidades que provienen de nombres de cientficos
deben conservarse en su forma original.
Correcto Incorrecto newton newtonio volt voltio ampere amperio grado Celsius,etc. grado Celsio, etc.
4. Los smbolos no se pluralizan, siempre se escriben en singular
independientemente del valor numrico que los acompaen.
-
FSICA Y QUMICA
16
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Singular Plural 1m 150 m 0,5 kg 2 380 kg
Incorrecto
150 ms 2 380 kgs
5. La escritura de los valores numricos se har utilizando las cifras arbigas,
se separar la parte entera de la decimal mediante una coma. No se utiliza
el punto para separar enteros de decimales.
Ejemplo: Correcto Incorrecto
184,32 184.32 5 512,28 5 512.28 0,331 11 0.33111
6. Para facilitar la lectura de los valores numricos se recomienda escribirlos en
grupos de tres cifras (contados a partir de la coma decimal hacia la izquierda
o derecha) separados por un espacio en blanco. Ejemplo :
Correcto Incorrecto
6 753 142,30 0,638 44 0,63844 0,000 113 8
7. Se utiliza el grado Celsius en lugar de grado centgrado.
8. Los nombres de las unidades se escriben en singular cuando la cantidad
indicada se encuentre en el intervalo cerrado [-1, 1]. Se escriben en plural
cuando la cantidad es mayor que 1 y menor que -1, y siguiendo las reglas de
la gramtica castellana, con excepcin de las unidades hertz, siemens y lux.
Ejemplo: Singular Plural 1 metro 5 metros 0,8 radin 20 radianes -0,5 metro -1,8 metros -1 metro -30 metros 1 hertz 30 hertz 0,5 lux 8 lux
-
FSICA Y QUMICA
17
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
9. Todos los smbolos de las unidades SI se escriben con letras minsculas del
) (letra mayscula omega del
alfabeto griego) y aquellos que provienen del nombre de cientficos (se
escriben con mayscula).
Ejemplo:
m : metro V : volt kg : kilogramo W : watt s : segundo Pa : pascal A : ampere N : newton K : kelvin : ohm cd : candela J : joule mol : mol C : coulomb
10. Se escribe el prefijo y a continuacin el smbolo de la unidad (sin dejar
espacio) Por ejemplo :
Tm = termetro Gm = gigmetro dA = deciampere cA = centiampere mA = miliampere uA = microampere
1.3. DEFINICIONES DE LAS UNIDADES DE BASE (SI).
longitud (metro). Es la longitud del trayecto recorrido en el vaco, por
un rayo de luz en un tiempo de 1/299 792 458 segundos.
masa (kilogramo). El kilogramo es la unidad de masa (y no de peso ni de
fuerza); igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo. Es
un cilindro hecho con una aleacin de Platino Iridio que se guarda en
Sevres, Francia.
tiempo (segundo). Es la duracin de 9 192 631 770 perodos de radiacin
correspondiente a la transicin entre los dos niveles hiperfinos del estado
fundamental del tomo de cesio 133.
corriente elctrica (ampere). Es la intensidad de corriente constante que
mantenida en dos conductores paralelos, rectilneos, de longitud infinita, de
seccin circular despreciable, y que estando en el vaco a una distancia de un
-
FSICA Y QUMICA
18
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
metro, el uno del otro, produce entre estos conductores una fuerza igual a 2 x
10-7 newton, por metro de longitud.
temperatura (kelvin). El kelvin, unidad de temperatura termodinmica, es la
fraccin 1/273,16 de la temperatura termodinmica del punto triple del agua.
La temperatura 0 K
intensidad luminosa (candela). La candela es la intensidad luminosa en una
direccin dada, de una fuente que emite radiacin monocromtica de
frecuencia 540 x 1012 hertz y de la cual la intensidad radiante en esa direccin
es 1/683 watt por estereorradin.
cantidad de sustancia (mol). El mol es la cantidad de sustancia de un sistema
que contiene tantas cantidades fundamentales como tomos hay en 0,012
kilogramos de carbono 12.
1.4. UNIDADES DIMENSIONALES LINEALES.
Las unidades dimensionales representan valores de referencia, que permiten:
Expresar las dimensiones de objetos (realizacin de lecturas de diseos
mecnicos).
Confeccionar y enseguida controlar las dimensiones de estos objetos
(utilizacin de aparatos e instrumentos de medicin).
Ejemplo: la altura de la torre Eiffel es de 300 metros; el espesor de una hoja de
papel para cigarros es de 30 micrmetros.
La torre Eiffel y la hoja de papel son los objetos.
La altura y el espesor son las magnitudes.
300 metros y 30 micrmetros son las unidades.
1.5. SISTEMA MTRICO DECIMAL.
El metro unidad fundamental del sistema mtrico, creado en Francia en 1795, y
fue adoptado, el 20 de mayo de 1875, como unidad de medidas por dieciocho
naciones.
-
FSICA Y QUMICA
19
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Sistema mtrico decimal: medidas de longitud
UNIDAD NOMBRE Smbolo Valor en metro
metro m 1
SUBMLTIPLO
decmetro dm 0,1
centmetro cm 0,01
milmetro mm 0,001
1.6. SISTEMA INGLS.
Los pases anglosajones utilizan un sistema de medidas basada en la yarda
imperial (yarda) y de sus derivados no decimales, en particular la pulgada
inglesa (inch).
En razn de la influencia anglosajona en la fabricacin mecnica se emplea en
forma frecuente para las medidas industriales, a la temperatura de 20 C, la
pulgada de 25,4 mm.
Sistema Ingls: medidas de longitud
NOMBRE SMBOLO VALORES EN:
yardas pies pulgadas
Unidad yarda yd 1 3 36
Submltiplos pies 1/3 1 12
pulgadas 1/36 1/12 1
1.7. NORMAS GENERALES DE MEDICIN.
Medicin es una operacin simple, sin embargo slo podr ser bien efectuada
por aquellos que se preparan para tal fin.
El aprendizaje de medicin deber ser acompaado por un entrenamiento,
cuando el alumno sea orientado siguiendo las normas generales de medicin.
-
FSICA Y QUMICA
20
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Normas generales de medicin:
1. Tranquilidad.
2. Limpieza.
3. Cuidado.
4. Paciencia.
5. Sentido de responsabilidad.
6. Sensibilidad.
7. Finalidad de la posicin de medida.
8. Instrumento adecuado.
9. Dominio del instrumento.
Recomendaciones.
Los instrumentos de medicin son utilizados para determinar magnitudes. La
magnitud puede ser determinada por comparacin y por lectura en una escala
o regla graduada.
Es deber de todo profesional, velar por el buen estado de los instrumentos de
medicin, mantenindose as por mayor tiempo su real precisin.
Evitar:
1. Choque, cadas, araazos, oxidacin y suciedad.
2. Mezclar instrumentos.
3. Medir piezas cuya temperatura, por quien las utiliza, las expone a una fuente
de calor, y se encuentra fuera de la temperatura de referencia.
4. Medir piezas sin importancia con instrumentos de mayor precisin.
Cuidados:
1. Usar proteccin de madera, caucho para apoyar los instrumentos.
2. Dejar a la pieza adquirir la temperatura ambiente, antes de tocarla con el
instrumento de medicin.
-
FSICA Y QUMICA
21
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
REGLA GRADUADA.
El ms elemental instrumento de medicin utilizado en los talleres es la regla
graduada (escala). Es usada para tomar medidas lineales, cuando no se
requiere una gran precisin. Para que sea completa y tenga carcter universal
deber tener graduaciones del sistema mtrico y del sistema ingls.
Sistema mtrico: Graduacin en milmetros (mm): 1 mm = 1 m / 1000
Sistema Ingls: Graduacin en pulga = 1 / 36 yarda
La escala o regla graduada es construida preferentemente de acero, teniendo
su graduacin inicial situada en la extremidad izquierda. Es fabricada en
La regla graduada se presenta en varios tipos, conforme se ilustra en las
figuras siguientes:
Regla de apoyo graduada (canto de apoyo interno)
Regla de profundidad
Apoyo externo (graduacin en la otra cara)
57
16
-
FSICA Y QUMICA
22
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
La regla graduada se usa frecuentemente en los talleres, conforme se
muestran en las figuras siguientes:
Medida de piezas circulares con calibrador
Ajustando el comps exterior
-
FSICA Y QUMICA
23
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
CARACTERSTICAS DE UNA BUENA REGLA GRADUADA.
1. Ser de acero inoxidable, preferentemente.
2. Tener graduacin uniforme.
3. Presentar trazos bien finos, profundos y destacados en color oscuro.
OBSERVACIN:
1. Evitar cadas y contacto con herramientas de trabajo.
2. Evitar flexionarla o torcerla, para que no curve o se quiebre.
3. Limpiarla despus de su uso, para remover el sudor y la suciedad.
4. Aplicarle una ligera capa de aceite fino, antes de guardarla.
GRADUACIN DE LA ESCALA:
Sistema Ingls ordinario:
1 = una pulgada. (IN) pulgada 1 IN = una pulgada. (INCH) palabra inglesa que significa PULGADA Representaciones de la pulgada:
0 1"
-
FSICA Y QUMICA
24
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Las graduaciones de las escala son hechas dividindose la pulgada en 2, 4, 8,
y 16 partes iguales, extendiendo en algunos casos escalas con 32 divisiones.
0 1"1/2"
0 1 / 4 1 / 2 3 / 4 1"
4 tenemos: 1 / 4
sumando las fracciones, se obtendr:
1
4
1
4
1
2
1
4
1
4
1
4
3
4
" " ";
" " " "
0 1"
1/8
1/4
3/8
1/2
5/8
3/4
7/8
se tiene:
1
8
1
8
2
8
1
4
1
8
1
8
1
8
3
8
" " " ";
" " " "
0
1/16
1/8
3/16
1/4
5/16
3/8
1/2
7/16 9/16
5/8
11/16
3/4
13/16
7/8
15/16
1"
-
FSICA Y QUMICA
25
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
La distancia entre trazos es 1/ se tendr:
1
16
1
16
2
16
1
8
1
16
1
16
1
16
3
16
" " " ";
" " " "
La distancia entre trazos es 1/32 , sumando las fracciones se tendr:
1
32
1
32
2
32
1
16
1
32
1
32
1
32
3
32
" " " ";
" " " "
Graduaciones de la escala: Sistema mtrico decimal
1 metro = 10 decmetros
1 m = 10 dm
1 decmetro = 10 centmetros
1 dm = 10 cm
1 centmetro = 10 milmetros
1 cm = 10 mm
0 1 cm
Intervalo referente a 1 cm (ampliado)
La graduacin de la escala consiste en dividir 1 cm en 10 partes iguales.
0 1 cm
1 cm entre 10 = 1 mm
-
FSICA Y QUMICA
26
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
0 1cm
De acuerdo a la figura, el sentido de la flecha indica 10 mm
-
FSICA Y QUMICA
27
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
PRCTICA N 01
Conversin de unidades de longitud: 1. Convertir de km a m:
a) 4 km b) 2 km
2. Convertir de m a cm: a) 5 m b) 20 m c) 10 m
3. Convertir de pulg a pies: a) 30 pulg b) 40 pulg
4. Convertir de pulg a cm:
a) 40 pulg b) 35 pulg
5. Convertir de yardas a pies a) 3 yardas b) 10 yardas 6. Convertir:
a) 2,5 m a cm d) 42 cm a m g) 2,4 Mm a m b) 4,2 cm a m e) 36 cm a m h) 3,6 km a cm c) 1,5 m a cm f) 12 cm a mm i) 62 mm a cm
7. Indicar a qu equivale la siguiente expresin:
8. S la velocidad de la luz en el vaco es de 300 000 km / s. Expresar dicha
velocidad en cm / s. 9. - 15
micro x mili
centi x pico E =
-
FSICA Y QUMICA
28
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Desarrollar las siguientes aplicaciones en el sistema ingls:
RESPUESTAS
Nota: Reducir todas las fracciones a la forma ms simple
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
-
29
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Desarrollar las siguientes aplicaciones en el sistema mtrico decimal:
RESPUESTAS
15 16 17 18 19 20
-
30
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
UNIDAD 02
MATERIA Y SUS CARACTERSTICAS
-
31
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
MATERIA Y SUS CARACTERSTICAS
2.1. MATERIA Y SUS ESTADOS FSICOS.
MATERIA. Es todo aquello que existe en el universo y que de alguna forma
impresiona a nuestros sentidos, o sea ocupa un lugar en el espacio y posee
masa. El agua, el aire, los metales, los animales, las plantas, etc., son formas
de materia.
MASA. Es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.
CUERPO. Es la porcin limitada de materia. Un yunque, un martillo, un alicate,
un engranaje, un tornillo de banco etc.; son ejemplos de cuerpos.
ESTADOS FSICOS DE LA MATERIA
Usted debe haber constatado que cuando se deja agua (estado lquido) en el
congelador durante un cierto tiempo, se transforma en hielo (estado slido);
haciendo hervir; se transforma en vapor (estado gaseoso).
Los estados fundamentales de la materia en la naturaleza son tres: Estado
slido, estado lquido y estado gaseoso.
-
32
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
CARACTERSTICAS DE LOS TRES ESTADOS DE LA MATERIA
ESTADO
VOLUMEN
FORMA
FUERZAS DE ATRACCIN(FA)
Y REPULSIN(FR)
Slido Definido Definido FA > FR
Lquido Definido Del recipiente FA = FR
Gaseoso Indefinido Indefinido FA < FR
CAMBIOS DE ESTADO
Con la variacin del calor, la materia puede pasar de un estado a otro, segn la
figura:
1. Fusin 2. Vaporizacin 3. Licuefaccin 4. Solidificacin 5. Sublimacin 6. Sublimacin regresiva.
Cualquier estado gaseoso, lquido o slido est constituido por materia.
Luego de discutir con el grupo el tema estudiado, identificar a los que se
encuentran en estado slido, lquido y gaseoso: madera, lana, algodn, arena,
petrleo, mercurio, bromo, helio, ozono, aire, oro, ladrillo, hormign, acero,
caucho natural, cobre, papel.
-
33
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
-
34
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
2.1. PROPIEDADES DE LA MATERIA.
PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA. Son aquellas propiedades
que son comunes a todos los cuerpos:
1. Extensin: Propiedad por
la cual todos los cuerpos
ocupan un lugar en el
espacio es decir poseen
volumen.
2. Impenetrabilidad. El espa-
cio ocupado por un cuerpo
no puede ser ocupado por
otro al mismo tiempo.
3. Inercia. Todo cuerpo tiende
a mantener su estado de
reposo o movimiento
mientras no acte una
fuerza que modifique este
estado.
4. Divisibilidad. La materia
puede dividirse en partes
cada vez ms pequeas.
5. Porosidad. La materia no
es compacta las molculas
y tomos que la forman
estn separados por
espacios vacos, llamados
poros.
6. Atraccin: Entre las molculas de un mismo cuerpo o cuerpos diferentes, se
ejercen fuerzas de atraccin, segn esto se tiene:
-
35
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
a) Cohesin: S la atraccin
molecular es de un mismo
cuerpo.
b) Adhesin: S la atraccin se
ejerce entre molculas de
cuerpos diferentes puestos en
contacto.
7. La Masa: Es la medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.
8. Peso: Es una fuerza externa de origen gravitacional, nos expresa la medida
de la interaccin entre la tierra y un cuerpo que se encuentra en sus
inmediaciones.
PROPIEDADES ESPECFICAS DE LA MATERIA.
Son aquellas propiedades que no son comunes a todos los cuerpos, las ms
importantes son:
1. Dureza: Resistencia que ofrecen los cuerpos slidos a ser rayados o
desgastados por la friccin.
Escala de Mohs: es una escala de dureza a nivel de laboratorio de
mineraloga, escala creada por Friedrich Mohs (1822).
1. talco 2. yeso 3. calcita 4. fluorita 5. apatito 6. feldespato 7. cuarzo 8. topacio 9. corindn 10. diamante
2. Maleabilidad: Propiedad de
poder reducirse a planchas o
lminas.
-
36
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3. Ductibilidad: Propiedad de
poder reducirse a hilos muy
delgados.
4. Flexibilidad: Propiedad por la
cual un cuerpo ha sido
deformado dentro de ciertos
lmites, recobra por s mismo su
forma primitiva.
5. Tenacidad: Resistencia que
ofrecen los cuerpos a ser
deformados o a ser seccio-
nados.
6. Fragilidad: Caracterstica de
quebrarse al recibir un impacto
o al querer cambiar su forma.
7. Conductibilidad: Propiedad de transmitir el calor y la electricidad.
8. La viscosidad: Es la resistencia que un fluido presenta al desplazamiento
de las molculas que la componen. Se puede medir en poise: Ejemplo,
lubricantes (aceites).
9. Tensin superficial: Es el efecto responsable de la resistencia que un
lquido presenta a la penetracin superficial.
2.2. MATERIALES: PROPIEDADES:
Los operarios y tcnicos especialistas trabajan con diferentes materiales de
acuerdo a su actividad. Para ello es necesario que cada especialista conociera
-
37
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
por un lado las exigencias y necesidades existentes y por otro lado que
estuvieran informados exactamente de las propiedades de los diferentes
materiales a partir de estos dos datos puede elegirse el proceso de elaboracin
ms adecuado y las herramientas necesarias.
Por eso es importante conocer las propiedades de los materiales los cules se
clasifican en tres grupos: propiedades fsicas, qumicas y tecnolgicas.
PROPIEDADES FSICAS:
1. Propiedades Mecnicas:
Densidad: Es el cociente entre la masa del cuerpo (material) y su volumen. Es
decir es la medida de la concentracin de la masa.
D = m / v Unidades: kg / m3; kg / dm3; g / ml; etc.
Ejemplos de densidad en g / ml de algunos elementos: Os 22,61> Pt 21,45 > Au 19,3 > W 19,27 > Hg 13,5 > Pb 11,35 > Ag 10,5 > Cu 8,7 > Fe 7,86 > Sn 7,3 > Zn 7,13 > Ti 4,5 > Al 2,7 > Mg 1, 74 > Li 0, 53
Elasticidad: Es la propiedad de un material que no queda deformado despus
de haber actuado sobre l una fuerza o sea vuelve a su forma original.
F
Antes de actuar la fuerza Despus de actuar la fuerza
Plasticidad: Propiedad de un material que queda deformado despus de haber
actuado sobre l una fuerza, o sea que no vuelve a su forma original al
desaparecer la fuerza.
F
Antes de actuar la fuerza Despus de actuar la fuerza
-
38
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Rigidez: Se refiere a la rotura o fractura. Se distinguen resistencia a la traccin,
a la compresin, a la flexin, al corte o cizalladura y a la torsin.
Dureza: Es la resistencia que opone un material a la penetracin en l de otro
objeto, o sea a ser rayado.
Fragilidad: Capacidad de un material fracturarse con escasa deformacin.
Tenacidad: Es la propiedad inversa de la fragilidad. Los materiales tenaces
presentan considerable deformaciones plsticas bajo la accin de una fuerza
antes de llegar a romperse.
2. Propiedades Trmicas:
Punto de fusin: Es la temperatura que un slido tiene que alcanzar para
pasar al estado lquido. Ejemplos de punto de fusin de metales:
W 3422 > Pt 1768 > Fe 1538 > Au 1064 > Ag 961, 7 > Al 660 > Zn 419 > Pb 327 > Sn 232 > Hg -39 en C.
Punto de ebullicin: Es la temperatura que un lquido tiene que alcanzar para
pasar al estado gaseoso. Por ejemplo el punto de ebullicin del agua que es de
100 C, cuando la presin atmosfrica es determinada a nivel del mar.
Dilatacin trmica: Es el incremento del volumen del material al aumentar la
temperatura.
Capacidad calorfica: Es la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de un material en un grado Celsius.
C = Q / T, Unidades: cal / C
Calor especfico: Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 C la
temperatura de un gramo de determinada sustancia.
Ce = Q / m T, Unidades: cal / g C; J / g K ejemplo de algunos elementos en J / g K: Al 0,9 > Fe 0,46 > Cu = Zn 0,38 > Sn = Ag 0,23 > Au = Pb 0,13. El tcnico trabaja con tablas, la cantidad de materiales es muy extensa.
-
39
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Conductividad trmica: Es la propiedad de un material de conducir el calor a
travs de su estructura.
Ag > Cu > Au > Al.
3. Propiedades Elctricas:
Conductividad elctrica: Es la propiedad de un material de conducir la
corriente elctrica a travs de su estructura, ejemplo:
Ag > Cu > Au > Al
Permitividad. Constante que describe cmo un campo elctrico afecta y es
afectado por un medio. Est determinada por la tendencia de un material a
polarizarse ante la aplicacin de un campo elctrico y de esa forma anular
parcialmente el campo interno del material.
Resistencia a corrientes de fuga: Es la resistencia que presentan los
materiales aislantes a la corriente que circulan por la superficie del objeto
(corriente de fugas).
4. Propiedades Magnticas:
Permeabilidad. Capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar
a travs de ella campos magnticos, la cual est dada por la relacin entre la
induccin magntica existente y la intensidad de campo magntico que
aparece en el interior de dicho material.
Campo coercitivo. Se denomina as al campo de sentido contrario necesario
para anular el magnetismo remanente.
Induccin residual.
5. Propiedades pticas:
Color. Son las diferentes sensaciones que la luz produce en el ojo humano.
Se ve el color de las cosas porque cuando la luz blanca incide sobre una
superficie, esta absorbe parte de los rayos incidentes y refleja el resto.
-
40
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Brillo. Es la propiedad de un material de poder reflejar la luz cuando llega a su
superficie.
Transparencia.
PROPIEDADES QUMICAS:
1. Resistencia a la corrosin: Es la propiedad de los de los materiales que se
opone a su destruccin qumica o electroqumica con el medio ambiente.
2. Resistencia al descascarillado: Se refiere a la reaccin del aire y de gases
de hornos a elevadas temperaturas.
3. Resistencia a los cidos (H+): Es la propiedad de los materiales que se
oponen a su destruccin por accin cida.
4. Resistencia a las bases (OH-): Es la propiedad de los materiales que se
oponen a su destruccin por bases o hidrxidos.
PROPIEDADES TECNOLGICAS:
1. Colabilidad: Es la propiedad de un material metlico de ser fundido, alearse
y formar lingotes al enfriarse solidificando en un molde.
2. Maleabilidad: Propiedad de un material de convertirse en planchas o
lminas cuando es sometido a esfuerzos de compresin.
3. Soldabilidad: Es la propiedad de un material de poderse unir as mismo o
con otro metal donde es indispensable el uso del calor.
4. Maquinabilidad: Significa que el material puede ser mecanizado por
arranque de virutas.
5. Resistencia al desgaste: Es la oposicin al desgaste indeseado de la
superficie del material, por ejemplo debido al rozamiento.
-
41
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
6. Conformabilidad en fro: Propiedad de un material de poder trabajarse en
fro, en un rango de permisibilidad. Temperaturas menores o iguales a la
temperatura del medio ambiente.
7. Resistencia al calor: Es la resistencia de un material a su destruccin a
causa de temperaturas elevadas. Temperaturas mayores a la del medio
ambiente.
8. Utilidad en caliente: Es la propiedad de un material que puede ser
empleada a altas temperaturas.
2.3. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES.
En este tema va a conocer la clasificacin de los materiales utilizados en
metalurgia; y en la industria manufacturera.
Para ello se procede segn criterios tecnolgicos, esto es, los elementos, sus
compuestos y aleaciones se clasifican en grupos de propiedades y aplicaciones
de tcnicas similares.
Por tanto, cuando se hable de metales no se refiere exclusivamente a los
elementos sino tambin a sus aleaciones.
-
42
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
M
A
T
E
R
I
A
L
E
S
METALES
FRREOS
NO FRREOS
COLADOS
ACEROS(% DE CARBONO
0, 1 A 1,76)
LIGEROSdensidad < 5 g / cm
3
PESADOSdensidad > = 5 g / cm
3
NO
METALES
N
A
T
U
R
A
L
E
S
CAUCHO
LUBRICANTES
MADERA
A
R
T
I
F
I
C
I
A
L
E
S
PLSTICOS
ELECTRNICOS
CUERO
CERMICOS
-
43
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Los materiales naturales: Se obtienen de la elaboracin y transformacin de
materias primas, por ejemplo la madera, los cueros, el caucho entre otros.
Los materiales artificiales: Se fabrican fundamentalmente mediante
procedimientos qumicos. Un grupo de ellos lo constituyen los plsticos.
2.4. CRISTALIZACIN DE LOS METALES.
Los metales se diferencian considerablemente de los dems materiales por su
estructura cristalina y propiedades.
Una de las caractersticas de los metales es la distribucin de sus tomos en
una estructura tridimensional. Cuando se solidifican las fundiciones metlicas
aparecen cristales en diferentes puntos que se forman totalmente
independientes unos de otros.
Las cuatro fases de este proceso se encuentran representadas
esquemticamente en la figura:
La estructura cristalina de los metales es tambin la causa de su brillo
caracterstico.
Color: excepto el cobre y el oro, as sus aleaciones, todos los dems metales
tienen color gris blanco con brillo azulado en algunos.
Otras caractersticas de los metales son: Tenacidad, Maleabilidad,
Conductividad trmica y elctrica.
Se denomina metales ligeros, aquellos cuya densidad es menor que 5 g / cm3;
y pesados aquellos cuya densidad es mayor o igual a 5 g / cm3.
-
44
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
PRCTICA N 02
1. Definir el concepto de materia y cuerpo.
2. Escribir cinco ejemplos de materia y cuerpo respectivamente.
3. De los siguientes conceptos, agrupar los que son materia o cuerpo: agua,
aire, pinza, tiza, torno, plomo, motor, gasolina, tornillo de banco, yunque,
mesa de dibujo.
4. A qu se denominan propiedades generales y especficas de la materia?
Cules son estas propiedades, escribiendo un ejemplo de cada
propiedad?
5. De las siguientes sustancias agrupe las que son dctiles y maleables:
cobre, madera, plomo, hierro, carbn, concreto, azufre, aluminio.
6. Cules son las propiedades qumicas y tecnolgicas de los materiales?
7. Mencionar 5 ejemplos de propiedades mecnicas dentro de propiedades
fsicas de los materiales.
8. En qu consiste la cristalizacin?
9. Cules son los estados fundamentales de la materia y porqu se
caracterizan cada uno de ellos?
10. Mencionar 3 ejemplos de estado slido, lquido y gaseoso respectivamente.
11. Cules son las principales diferencias que existe entre metales y no
metales?
12. De los siguientes elementos agrupe a los metales y no metales: carbono,
cobre, zinc, azufre, cloro, estao, mercurio, oxgeno, nen, argn, platino,
sodio.
13. Describir la diferencia entre la zona plstica y la zona elstica en los
materiales.
-
45
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
14. Explicar la diferencia entre rigidez, tenacidad y dureza de un material.
15. Explicar la diferencia entre capacidad calorfica, conductividad trmica y
calor especfico.
16. Escribir 10 ejemplos del cuadro de clasificacin de los materiales.
-
46
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
UNIDAD 03
TOMO, MOLCULA Y SUSTANCIA
-
47
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.1. CONSTITUCIN DE LA MATERIA.
La materia se considera constituida por pequeas porciones llamadas
partculas. Ests se hallan formadas por partes ms pequeas llamadas
molculas. Las molculas, a su vez, estn constituidas por partes ms
pequeas an, llamadas tomos, lo que constituyen la unidad de la materia.
tomoscuerpo
Proceso
Mecnico
Proceso
FsicoProceso
Qumico
partculas molculas
Concepto actual del tomo.
El tomo es la partcula ms pequea de un elemento qumico que conserva
las propiedades de dicho elemento. Est constituido por dos partes:
El Ncleo. Es la parte central del tomo, muy pequeo y de carga positiva.
Contiene dos tipos de partculas fundamentales, los protones y los neutrones
(a excepcin del hidrgeno). Posee casi la totalidad de la masa atmica
(99,99% de dicha masa).
Electrsfera o Zona Extranuclear. Es un espacio muy grande (constituye el
99,99% del volumen atmico), donde se encuentran los electrones.
En resumen, las partculas fundamentales del tomo son tres: electrones
(partculas negativas, e-), protones (partculas positivas, p+) y neutrones
(partculas neutras, n0).
NCLEO
ELECTRSFERA
El tomo
de Litio
-
48
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Este modelo es el ms sencillo y explica muchas de las caractersticas y
propiedades de los tomos. El tomo representado es de litio, presenta 3
protones, 4 neutrones y 3 electrones. En la electrsfera, las regiones ms
oscuras corresponden a las zonas donde existen la mayor probabilidad de
encontrar electrones.
Este modelo tambin se puede explicar a la formacin de molculas, el cual se
define como un conjunto de dos o ms tomos que puede ser de tomos de un
mismo elemento o tomos de elementos qumicos diferentes, como por
ejemplo en la molcula del agua.
3.2. ESTRUCTURA DE LA MATERIA.
De acuerdo al grado de cohesin y movilidad de las partculas (tomos, iones o
molculas) estas forman los tres estados fundamentales de la materia que son
slido, lquido y gaseoso. Hay competencia entre las fuerzas de atraccin
(cohesin) que buscan ordenar las molculas y las fuerzas de repulsin que
buscan desordenarlas.
Comparacin de algunas propiedades de los estados de la materia
Estado Fsico Slido Lquido Gaseoso
Diagrama de sus partculas
Forma Definido Variable Indefinido
Volumen Definido Definido Indefinido
Fuerzas
Intermoleculares
Fcohesin > Frepulsin Fcohesin = Frepulsin Fcohesin < Frepulsin
Compresibilidad Incompresible Muy pequea Grande
Tipo de movimiento molecular
Vibratorio Vibratorio y resbalamiento
Gran movimiento traslacional
-
49
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.3. MEZCLA Y COMBINACIN.
Mezcla y combinacin aparentemente tratan de lo mismo, pero sin embargo
tienen diferentes conceptos.
Mezcla. Es la reunin de dos o ms sustancias en cantidades indeterminadas,
sin alterar la estructura de los componentes.
Ejemplos de mezclas:
- La atmsfera es una mezcla de diversos gases, entre ellos el oxgeno y el
nitrgeno.
- Las aleaciones son ejemplos de mezclas.
- El agua potable, agua de ros, mares y lagos.
- Agua y aceite.
- Limaduras de hierro y azufre en polvo.
- Suspensiones, coloides, etc.
Las mezclas pueden tener diferentes aspectos a simple vista o con la ayuda de
instrumentos, de ah que pueden existir mezclas homogneas y heterogneas.
Mezclas homogneas, o tambin llamadas soluciones, son aquellas que a
simple vista no se puede diferenciar la separacin de los componentes; por
lo tanto, constituyen una masa homognea pues cualquier porcin que se
tome tendr la misma composicin y propiedades. Dentro de ellas se tienen
el agua azucarada, las aleaciones, agua regia, las bebidas gasificadas entre
otros.
Mezclas heterogneas, son aquellas que a simple vista o con ayuda de un
microscopio, se diferencian la separacin de sus componentes y cualquier
porcin que se tome tendr composicin y propiedades diferentes. Algunos
ejemplos de este tipo de mezcla son el agua y el aceite, las suspensiones,
los coloides, mezcla de arena y agua, etc.
En la mezcla heterognea se encuentran a las suspensiones y a las mezclas
del tipo coloidal.
Indicar en los ejemplos de abajo los casos de mezclas heterogneas y los
casos de soluciones (mezclas homogneas).
-
50
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
SUSTANCIA MEZCLADA TIPO DE MEZCLA
Agua y aceite comn
Agua y sal
Agua y laca
Agua y alcohol
Alcohol y laca
Combinacin. Es todo cambio que ocurre en las sustancias de tal manera que
afecta su naturaleza interna, como consecuencia de ello aparecen nuevas
sustancias, con propiedades diferentes es decir se ha producido una reaccin
qumica.
Ejemplo:
- El agua es la resultante de la combinacin del oxgeno con el hidrgeno. Los
componentes son los gases, y da como resultado un lquido.
- La reunin de azufre y hierro en polvo es una mezcla, los componentes
mantienen sus propiedades y se les puede separar por medio de un imn, el
cual se adhiere el hierro dejando libre el azufre. Calentndose esta mezcla
se logra una incandescencia que se propaga por la masa. Una vez fra
queda un cuerpo negruzco que es una verdadera combinacin. El producto
se denomina sulfuro de hierro, y sus propiedades son distintas al azufre y al
hierro.
DIFERENCIA ENTRE MEZCLA Y COMBINACIN.
MEZCLA COMBINACIN
1. No se afecta la estructura molecular de los componentes.
1. Afecta la estructura molecular de los componentes.
2. Las sustancias mantienen sus propiedades.
2. Las sustancias pierden sus propiedades.
3. No resulta una nueva sustancia. 3. Da como resultado una nueva sustancia.
4. Las cantidades son indeterminadas. 4. Las cantidades son fijas segn las sustancias.
5. Se pueden separar los componentes.
5. No se puede separar los componentes por medios fsicos, y difcilmente por medios qumicos.
6. No se produce reaccin qumica. 6. Se produce reaccin qumica.
-
51
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Soluciones. Una solucin es una mezcla homognea de dos o ms
sustancias. Una de estas sustancias se llama solvente, y por lo regular es el
componente que est presente en mayor cantidad. Las dems sustancias de la
solucin se denominan solutos, y se dice que estn disueltas en el solvente.
Qu sucede cuando se prepara una solucin de agua azucarada?
Los cristales de azcar se separan en muchas molculas de azcar mezclado
con el agua el azcar contina siendo azcar, y el agua continua siendo agua.
Ejemplos de soluciones:
Estado de la solucin
Estado del disolvente
Estado del soluto Ejemplo
Gas Gas Gas Aire
Lquido Lquido Gas Oxgeno en agua
Lquido Lquido Lquido Alcohol en agua
Lquido Lquido Slido Sal en agua
Slido Slido Gas Hidrgeno en paladio
Slido Slido Lquido Mercurio en plata
Slido Slido Slido Plata en oro
Existen muchas soluciones de uso importante en la industria y el hogar. De los
solventes ms usados, el agua es el ms comn. Un simple refresco hecho en
casa nos lo muestra, pues est hecho con los siguientes ingredientes que
forman una solucin: agua potable, esencia de fruta y azcar.
Para limpiar materiales de grasa debe usarse una sustancia que disuelva la
grasa, ya que el agua no es el indicado para esto, se pueden utilizar algunos
disolventes como kerosene entre otros.
En la industria se emplean muchos solventes conforme a la necesidad. Los
ms comunes son:
- Kerosene.
- Esencia de trementina (aguarrs) para tinturas.
- Alcohol para hacer barnices.
- Nafta.
- Thinner.
- Agua regia.
-
52
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.4. ELEMENTO QUMICO.
El agua est formada por dos tipos de tomos: hidrgeno y oxgeno.
A cada tipo de tomo que conforman, a las sustancias simples y compuestas
se le denomina elemento qumico.
Los elementos qumicos son sustancias qumicamente no fraccionables. Estn
formados por un solo tipo de tomos.
As el agua est formada por dos elementos qumicos: Hidrgeno y Oxgeno.
Los elementos qumicos estn ordenados y clasificados en la tabla peridica y
sus propiedades estn en funcin de su nmero atmico (Z) o nmero de
protones.
Smbolos de los elementos qumicos.
Los elementos qumicos se representan, abreviadamente, por letras llamadas
smbolos. Algunos ejemplos:
ELEMENTO SMBOLO ELEMENTO SMBOLO
Hidrgeno H Cloro Cl
Oxgeno O Uranio U
Carbono C Azufre S
Nitrgeno N Aluminio Al
Calcio Ca Magnesio Mg
Sodio Na Hierro Fe
Cobre Cu Plata Ag
Oro Au Estao Sn
Cromo Cr Silicio Si
Zinc Zn Plomo Pb
Mercurio Hg Manganeso Mn
Cobalto Co potasio K
-
53
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Frmula qumica.
Las sustancias estn representadas, tambin abreviadamente, por notaciones
qumicas llamadas frmulas, as se tiene por ejemplo:
SUSTANCIA FRMULA
Agua H2O
Gas carbnico CO2
Cloruro de sodio (sal de cocina) NaCl
Carbonato de calcio CaCO3
xido de mercurio II HgO
Gas hidrgeno H2
cido sulfrico H2SO4
Hidrxido de sodio NaOH
cido ntrico HNO3
cido actico CH3COOH
cido clorhdrico HCl
Alcohol etlico C2H5OH
Gas propano C3H8
Gas metano CH4
Gas amoniaco NH3
Acetileno C2H2
SMBOLO FRMULA
- Designa a un elemento - Designa al tipo de sustancia.
- Consta de una letra mayscula sola o acompaada de otra letra minscula.
- Consta del conjunto de letras que representan a los elementos que conforman al tipo de sustancia.
- No especfica cantidades sino solo el nombre del elemento.
- Indica la cantidad de tomos de cada elemento que conforman al tipo de sustancia.
-
54
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.5. QUMICA Y SUS APLICACIONES.
La qumica es una ciencia experimental de gran importancia. Ella se ocupa del
estudio de la estructura de las sustancias, sus propiedades y transformaciones
en otras sustancias. Las sustancias qumicas tienen aplicacin en todos los
sectores de la vida, como se ve en los ejemplos siguientes:
3.6. FENMENOS.
Fenmeno es todo cambio, transformacin o proceso que se da en la
naturaleza.
Fenmeno Fsico. Es el proceso de cambio fsico que ocurre en una
sustancia, sin que se afecte la naturaleza interna de una sustancia. Se
puede representar de la siguiente forma:
Fenmeno fsico: A + B A + B
-
55
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Son ejemplos de fenmenos fsicos los diferentes cambios de estado fsico
como fusin, vaporizacin, sublimacin entre otros.
Fenmeno Qumico. Es todo cambio que ocurre en una sustancia de tal
manera que afectan la estructura interna de las sustancias, como
consecuencias de ello aparecen nuevas sustancias, con propiedades
diferentes a las sustancias iniciales (se produce una reaccin qumica). Se
puede representar as:
Fenmeno Qumico: A + B C + D + E (Reaccin qumica)
Ejemplo: Oxidacin, fermentacin, corrosin, combustin, acidificacin,
sntesis.
3.7. ALEACIONES.
En este captulo se estudiar el concepto de aleacin pero desde el punto de
vista fsico (fenmeno fsico).
Se denomina aleacin a la mezcla homognea de dos o ms metales o de uno
o ms metales con algunos elementos no metlicos, que se obtiene
generalmente por fusin de los componentes.
Fusin (acero)
Es raro que un metal simple posea todas las propiedades que se requieran en
una aplicacin determinada, por lo que se recurre a la aleacin de los metales
en proporciones convenientes, para obtener un nuevo metal con las
caractersticas deseadas.
-
56
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
El mtodo ms usual para alear metales es por fusin de los componentes en
un crisol. Existen tambin procedimientos especiales como el de cementacin y
el de sinterizacin.
Cementacin. Se realiza calentando una pieza metlica en presencia de un
confiere nuevas propiedades. La cementacin de piezas como engranajes con
carbono tienen por objeto aumentar la proporcin de este elemento en la capa
superficial y hacerla ms dura y resistente.
Sinterizacin. Se emplea para obtener piezas moldeadas que no pueden ser
forjados, fundidos o labrado por mtodos comunes. Los distintos componentes
se reducen a polvos, se mezclan y se vierten en moldes calientes donde una
prensa los somete a fuertes presiones. La accin conjunta de la compresin del
calor obliga a los granos a soldarse unos con otros an cuando la temperatura
no lo ha fundido.
CEMENTACIN
SINTERIZACIN
TIPOS DE ALEACIONES.
- Acero. Es una aleacin de hierro y carbono. El carbono es el que ejerce
mayor influencia sobre las propiedades del acero y de las fundiciones. La
facilidad de trabajo de estos materiales depende en gran parte del carbono.
Debido a que el carbono otorga dureza a esta aleacin.
- Latn. Es de color amarillo claro o amarillo oro. Depende del contenido de
cobre. Se obtiene de mezclar Cu y Zn. El latn tiene mayor resistencia que el
cobre puro metlico. El agua de mar ataca al latn es decir la corroe.
- Bronce. Es una aleacin con un contenido de cobre (60%) y de uno o varios
elementos (Sn, Al, Pb, Si, Mn, Ni, Be), obtenindose as distintos tipos de
bronce (Bronce al estao, bronce al aluminio, etc.).
-
57
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Estas aleaciones varan entre blandas y duras; funden bien y se mecanizan
con facilidad, resisten la corrosin y el desgaste.
Cada tipo de bronce tiene propiedades caractersticas. Su color vara del rojo
oro al amarillo oro.
- Latn rojo (Bronce al Zinc). Es una aleacin de Cu, Sn y Zn, en la que
predomina el cobre. Es resistente a la corrosin y al desgaste, funde bien y
se mecaniza con facilidad. Su color es amarillo rojizo.
Aplicaciones del acero y fundicin gris Aplicacin del bronce y del latn
-
58
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
PRCTICA N 03
CUESTIONARIO:
1. Cul es la constitucin de la materia o divisin de la materia?
2. Qu diferencia hay entre una molcula y un tomo?
3. Dibujar el esquema de un tomo e indicar sus elementos.
4. Qu diferencia existe entre elemento qumico y compuesto qumico?
5. De los siguientes ejemplos separe en grupos a los elementos, compuestos
qumicos y mezclas: agua, cobre, plomo, cido sulfrico, acetileno, carburo
de calcio, oxgeno, hidrgeno, carbono, cinc, agua dura, aire, mercurio, sal
comn, agua potable, vinagre.
6. Qu diferencia hay entre smbolo y frmula?
7. Escribir los smbolos de los siguientes elementos: cobre, plomo, hierro,
cromo, cinc, estao, aluminio, mercurio, platino, plata, carbono, oxgeno,
hidrgeno, azufre.
8. A qu se llaman gases inertes y cules son?
9. Qu son fenmenos y como se clasifican?
10. Agrupar a los fenmenos fsicos y fenmenos qumicos: oxidacin de un
metal, calentamiento de un hierro, evaporacin del agua, combustin de
la gasolina, fermentacin de azcar, rotura de una pieza, fusin de un
metal, reaccin de un cido sobre un metal, la fermentacin de la
mantequilla, ebullicin del agua, la formacin del arco iris, la combustin
del gas propano, la reflexin de la luz.
11. Qu diferencia hay entre mezcla y combinacin?, mencionar tres
ejemplos de cada uno.
12. A qu se llama aleacin?
13. De qu manera se efecta una aleacin?
-
59
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
14. Qu elementos son lquidos a temperatura ambiente?
15. Definir el concepto de solucin. Indicar 5 ejemplos.
16. Cules son las aleaciones ms comunes?
-
60
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
UNIDAD 04
CINEMTICA
-
61
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
CINEMTICA.
Parte de la mecnica, que tiene por finalidad describir todos los tipos posibles
de movimiento mecnico sin relacionarlo con las causas que determinan cada
tipo concreto de movimiento.
Un cuerpo est en movimiento con respecto a un punto elegido como fijo,
cuando vara su distancia a ese punto a medida que transcurre el tiempo. Esto
significa que un cuerpo se mueve cuando se acerca o aleja de otro cuerpo que
se toma como fijo y que se toma como punto de referencia.
3.1. ELEMENTOS BSICOS DEL MOVIMIENTO.
Mvil: Todo cuerpo o partcula en movimiento.
Trayectoria: Lnea y/o curva que describe en el espacio el mvil al
desplazarse de una posicin a otra.
Espacio: Medida de la longitud de la trayectoria.
Tiempo: Duracin del movimiento.
-
62
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.2. MOVIMIENTO RECTILNEO UNIFORME (MRU).
El movimiento rectilneo uniforme, es aquel movimiento realizado por un mvil
durante el cual describe una trayectoria rectilnea, a velocidad constante o
uniforme.
As se tiene por ejemplo, que si un cuerpo se mueve en lnea recta y avanza
invariablemente 15 cm en cada segundo (es decir que cada vez que se mida lo
que recorre en un segundo se encuentra que son los 15 cm), este cuerpo
recorre espacios iguales en tiempos iguales.
1s 1s 1s 1s 1s
15 cm 15 cm 15 cm 15 cm 15 cm
Se emplea para el movimiento rectilneo uniforme la siguiente ecuacin:
t
e V
Donde: v: velocidad; e: espacio; t: tiempo
Velocidad. Del concepto de velocidad (espacio recorrido en cada unidad de
tiempo) se deduce su frmula, que es tambin la frmula fundamental del
movimiento uniforme.
Si se dice
significa que este cuerpo recorre 60 km en cada hora.
Unidad de velocidad. Las unidades ms usuales en las que generalmente
se expresan las velocidades son: m / s; km / h; m / min.
Aplicacin del MRU:
Un automvil recorre 360 km en 5 h. Cul es su velocidad en km / h, y
en m / s?
-
63
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
m/s 20 s 000 18
m 000 360
t
e V b)
h / km 72h 5
km 360
t
e V a)
s 000 18 h 5 t
m 000 360 km 360 e
XV
3.3. MOVIMIENTO RECTILNEO UNIFORMEMENTE VARIADO (MRUV).
Es aquel movimiento realizado por un mvil el cual describe una trayectoria
rectilnea con aceleracin constante.
Por ejemplo en la figura se observa que en cada segundo transcurrido, la
velocidad se va incrementando en 2 m / s y los espacios que recorre aumentan
progresivamente.
1 s 1 s 1 s 1 s
1 m/s 3 m/s 5 m/s 7 m/s 9 m/s
2 m 4 m 6 m 8 m
Aceleracin. Es el aumento o disminucin constante que experimenta la
velocidad en cada unidad de tiempo.
naceleraci :a
tiempo:t
velocidadde variacin:v
t
va
Unidades del MRUV. La aceleracin se puede expresar en: m / s2; pies /
s2; km / s2.
-
64
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Leyes del MRUV.
- La aceleracin permanece constante.
- En iguales intervalos de tiempo, el mvil experimenta los mismos cambios
de velocidad; es decir la variacin de velocidad permanece constante.
Frmulas del MRUV. Las ecuaciones que estn relacionadas con el
movimiento uniformemente variado son:
t).2
V V(e
2
a.t t .V e
2.a.e V V
a.t V V
21
2
1
2
1
2
2
12
Donde:
v1: es la velocidad inicial, v2: es la velocidad final,
a: es la aceleracin, e: espacio,
t: tiempo.
En las ecuaciones se usa el signo (+) si la velocidad aumenta, es decir el
movimiento es acelerado y se usa el signo (-) si la velocidad disminuye, es
decir el movimiento es desacelerado. Si un mvil parte del reposo ello
significa que su velocidad inicial vale cero.
Aplicacin del MRUV:
Qu velocidad tiene un vehculo que parte de reposo a los 15 s de su partida,
si el motor le imprime una aceleracin de 2,4 m / s2?
s
m 36154,2V
:ecuacin laEn
s 15t
s
m 2,4a
V
0V
:Datos
a.t VV
2
2
2
1
12
x
X
-
65
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
3.4. MOVIMIENTO CIRCULAR.
Un cuerpo tiene movimiento circular cuando la trayectoria que sigue es una
circunferencia. Por ejemplo, si al extremo de un hilo se ata un cuerpo y se
revolea, el cuerpo se mover con movimiento circular, porque se desplaza
sobre una circunferencia.
Elementos bsicos del movimiento circular.
- Longitud de arco (S): Expresa el espacio recorrido por un mvil. Es una
porcin de circunferencia.
- Es el ngulo central que
barre el mvil con respecto a un observador ubicado en el centro. Tal
como se observa en la figura:
SR
R
Donde: S: longitud de arco R: es el radio de la circunferencia descrita por el mvil.
: ngulo central (se expresa en radianes)
- Perodo (T): Es el tiempo que emplea un mvil en realizar una vuelta
completa.
-
66
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
- Frecuencia (f): Es el nmero de revoluciones o vueltas realizado por un
mvil en cada intervalo de tiempo definido. Matemticamente la
frecuencia es la inversa del perodo.
:donde RPM, RPS, :f
T
1 f
tiempo
vueltasde Nf
s
Re
s
vueltas RPS
v
min
Re
min
vueltas RPM
v
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME (MCU). Es aquel movimiento efectuado
por un mvil con velocidad tangencial o lineal constante. Barre ngulos
centrales iguales en tiempos iguales y recorre longitud de arcos iguales en
tiempos iguales.
Velocidad lineal (V). Denominado tambin velocidad tangencial, expresa la
rapidez de un mvil en recorrer una porcin de circunferencia, se le
representa tangente a la trayectoria.
SR
R
V
V
La velocidad tangencial queda definida de la siguiente manera:
f R 2T
R 2 V
V: velocidad tangencial o lineal (cm / s; m / s, pies / s). R: radio T: perodo f: frecuencia
Velocidad angular (W). Expresa la rapidez con la cual un mvil barre un
ngulo central.
-
67
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
R
R
V
V
W
La velocidad angular queda definida de la siguiente manera:
f 2W W: velocidad angular (rad/s). f: frecuencia
Relacin entre la velocidad lineal y la velocidad angular:
RW x V
Donde:
V: velocidad lineal o tangencial.
W: velocidad angular.
R: radio.
Aplicacin de la velocidad lineal y la velocidad angular:
La volante de una mquina tiene 0,4 m de radio y gira a 480 rpm. Cul es su
velocidad lineal y angular?
Datos:
R = 0,4 m f = 480 rpm = 8 rps
Aplicando las ecuaciones respectivas:
Clculo de la velocidad lineal o tangencial:
m/s 20,098 x 0,4 x 3,14 x 2 V
f R 2 V
Clculo de la velocidad angular:
rad/s 50,248 x 3,14 x 2 W
f 2W
-
68
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
PRCTICA N 04
CUESTIONARIO:
17. Cmo se define el movimiento rectilneo uniforme?
18. Cmo se define la velocidad?
19. Cmo se define el movimiento rectilneo uniformemente variado?
20. Qu es la aceleracin?
21. Cundo un movimiento es circular?
22. A qu se denomina velocidad lineal y velocidad angular, establecer su
frmula y unidades?
23. Un mvil con velocidad
p.m.?
24. Una rueda de 50 cm de dimetro describe un arco de 78,5 cm en un
segundo. Cul es su frecuencia en RPM?
25. Cul es la velocidad longitudinal de la mesa de la fresadora si una pieza
de 400 mm de longitud es recorrida por la fresa en 5 min?
-
69
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
26. Dos mviles se encuentran separados una distancia de 600 m. En un
cierto instante parten uno hacia el otro con velocidades de 40 m/s y
20 m/s. Hallar el tiempo que demoran en encontrarse.
27. Hallar la velocidad final de un mvil, si este parte con una velocidad inicial
de 50 m/s; al cabo de 4 s; si tiene una aceleracin de 1 m / s2.
28. Una hlice de 5 paletas gira a razn de 360 RPM, si la longitud de cada
paleta es 0,5 m. Hallar la velocidad tangencial en los extremos de las
paletas.
29. Qu espacio recorre un mvil que parte con una velocidad de 15 m/s
durante 2 s y tiene una aceleracin de 4 m/s2?
30. Un vehculo recorre 60 m teniendo una velocidad inicial de 10 m/s y una
velocidad final de 20 m/s. Calcular el tiempo empleado?
31. Calcular la aceleracin que adquiere mvil que recorre 10 m, teniendo
una velocidad inicial de 2 m/s y una velocidad final de 6 m/s.
32. Una rueda logra dar 5 vueltas en 20 s, si el giro es uniforme, hallar la
velocidad angular de la rueda.
33. Qu velocidad angular tiene una turbina Pelton cuando gira con una
frecuencia de 300 RPM?
34. La silla de carrusel tiene una velocidad angular de 2 rad/s y una velocidad
lineal de 8 m/s, halle su radio de giro.
35. Un rodillo trabaja a 660 RPM. Qu ngulo barre este rodillo en 5 s?
36. Si un mvil posee una velocidad lineal de 4 m/s, encontrar la velocidad
angular, siendo el radio 10 m. V = 4 m/s
R= 10 m
-
70
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
UNIDAD 05
ENERGA
-
71
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
ENERGA
4.1. ENERGA.
La energa es lo que hace posible que los cuerpos tengan la capacidad de
realizar un trabajo.
Se sabe que en la naturaleza se presentan diversas y muy complejas formas
de movimiento como el movimiento mecnico, el movimiento molecular, el
movimiento de los electrones en un tomo, pero es importante destacar y tener
presente que el movimiento es debido a las diversas interacciones que se dan
entre los cuerpos, partculas, en toda la naturaleza, de lo expuesto se entiende
por energa como la medida de las diversas formas de movimiento e
interacciones que se presenta en la naturaleza.
Segn el concepto de la fsica moderna, materia y energa son una misma cosa
en diferentes aspectos: energa es la materia enrarecida y la materia es
energa condensada.
Formas de energa.
Energa mecnica:
a) Energa cintica: Es aquella forma de energa asociada a un cuerpo
debido a su movimiento de traslacin y rotacin. La energa cintica
asociada al movimiento de traslacin depende de la masa del cuerpo y de
su velocidad. Por ejemplo un auto que viaja a gran velocidad posee
energa cintica.
b) Energa potencial: Existen diversas formas de energa potencial as
tenemos la energa potencial elstica que posee un resorte comprimido o
estirado, energa potencial gravitatoria entre otros.
-
72
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
La energa potencial gravitatoria, es aquella energa que tienen los
cuerpos en reposo, situados a cierta altura con respecto a un plano de
referencia elegido arbitrariamente. Esta energa aumentara cuanto mayor
sea la altura en que se encuentra y cuanto mayor sea su peso.
Energa hidroelctrica: Electricidad generada por la energa del flujo de
agua.
Energa elica: Es la energa del aire en movimiento.
Energa solar: Energa obtenida del sol almacenando su calor o
transformando sus rayos en electricidad. As por ejemplo tenemos los
calentadores solares, los paneles solares, los paneles fotovoltaicos o
celdas solares transforman los rayos del sol en electricidad, la que se
almacena en una batera.
Energa qumica: Es aquella forma de energa que se obtiene
generalmente de las reacciones qumicas, por ejemplo de la combustin
que se libera un cantidad de calor, tal es el caso de la quema de
combustibles (gasolina, petrleo, etc.).
Energa geotrmica: aprovecha el calor interno de la tierra. Como en
algunos lugares las rocas subterrneas son muy calientes, se instalan
caeras para calentar el agua.
La energa se puede transformar de una forma a otra, as se puede observar
que la energa elctrica al llegar al filamento de la lmpara se transforma en
otro tipo de energa que es la energa luminosa.
-
73
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Cuando se lima una pieza, se utiliza energa mecnica, que se transforma en
energa calorfica.
4.2. CALOR.
El calor es una forma de energa, aplicable a los ms diversos fines, y se hace
presente cuando entre un cuerpo y el ambiente que lo rodea existe una
diferencia de temperatura.
Fuente de calor. Cualquier dispositivo capaz de producir calor se llama
FUENTE DE CALOR.
Las fuentes de calor se pueden clasificar en Naturales y Artificiales.
Naturales: El sol es la principal fuente de calor natural. Adems de
ENERGIA LUMINOSA, ese astro enva a la tierra ENERGIA TRMICA,
causante de la existencia de vida en nuestro planeta.
Artificiales: Pueden ser de los siguientes tipos:
- Fsicas.
- Qumicas.
Fsicas. Rozamiento, choque, pasaje de la corriente elctrica a travs de
resistencia.
Qumicas: Combustin.
-
74
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
El calor es una de las formas de energa. Los cuerpos estn formados por
unos corpsculos muy pequeos llamados molcula. Estas molculas estn en
constante movimiento, teniendo por ello una energa cintica. Como
consecuencia de esta energa cintica, el cuerpo tiene una cantidad de calor. El
calor provoca en los cuerpos un aumento de tamao (dilatacin), y si el calor
alcanza valores lo suficientemente grandes, provoca en el cuerpo un cambio de
su estado fsico (fusin, evaporacin).
Calculo del calor. El calor se puede calcular en funcin de la masa del
cuerpo, la naturaleza del mismo y la diferencia de temperatura existente
entre l y el ambiente que lo rodea.
Q m Ce T. .
Donde:
Q: cantidad de calor que un cuerpo gana o pierde.
m: masa del cuerpo.
Ce: calor especfico del cuerpo.
T = (T2 T1): diferencia o variacin de temperatura.
T2: temperatura final.
T1: temperatura inicial.
Las unidades para medir el calor son: la calora, llamada tambin calora
gramo y la kilocalora o calora grande. Para la medicin se emplea el
calormetro.
Se llama CALORA a la cantidad de calor necesario para elevar en 1C la
temperatura de 1 gramo de agua.
1000 caloras = kilocalora
CALOR ESPECFICO (Ce): Representa la cantidad de calor que debe ganar
o perder la unidad de masa de una sustancia con la finalidad de elevar o
reducir su temperatura en un grado.
Para el agua: Ce H2O = 1 cal / gC = 1 kcal / kgC
-
75
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
Calores Especficos de algunos metales:
Metal Ce: kcal / kg C
Aluminio 0,227
Hierro 0,113
Cinc 0,093
Cobre 0,093
Bronce 0,086
Temperatura. Se llama temperatura al nivel alcanzado por el calor de un
cuerpo. Este nivel no depende de la masa del cuerpo y s de su propia
naturaleza.
Para su medicin se emplea el TERMMETRO, el cual consta de un tubo
de seccin muy fina (tubo capilar), con un bulbo en uno de sus extremos y
cerrado en el otro. En el interior del tubo se introduce generalmente alcohol o
mercurio; la dilatacin de estos lquidos nos indican la temperatura en una
escala graduada sobre el tubo. As se tiene el termmetro clnico,
termmetro metlico, el pirmetro ptico, termocupla o termopar.
TERMMETRO METLICO
-
76
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
PIRMETRO DE TERMOCUPLA O TERMOPAR
Las escalas termomtricas se les pueden clasificar en escalas absolutas y
escalas relativas.
ESCALAS RELATIVAS: Son aquellas que toman como referencia,
propiedades fsicas de alguna sustancia en especial. Por ejemplo para la
escala Celsius se toma como referencia al agua. As tenemos: Celsius
(C) y Fahrenheit (F).
ESCALAS ABSOLUTAS: Son aquellas que toman como referencia al
llamado cero absoluto y pueden ser: kelvin (K) y rankine (R).
Relacin entre las diferentes escalas:
C
5
F 32
9
K 273
5
R 492
9
4.3. EFECTOS DEL CALOR.
El calor causa:
a) Variacin de temperatura.
b) Dilatacin de los cuerpos.
c) Cambio de estado fsico.
-
77
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
DILATACIN DE LOS SLIDOS Y LQUIDOS.
Se llama dilatacin al aumento de tamao que experimentan los cuerpos al
aumentar su temperatura.
La dilatacin se produce debido a que al calentar un cuerpo, aumenta la
velocidad con que se mueven sus molculas, las cules se van separando
unas de otras cada vez ms, originando est separacin el aumento del
tamao del cuerpo.
La dilatacin afecta a todos los cuerpos, cualquiera que sea su estado fsico.
Al calentar un cuerpo en estado slido aumenta de tamao, o sea se dilata.
Dilatacin lineal, es aquella dilatacin que se hace aumentando
predominantemente su longitud.
Dilatacin superficial, es aquella dilatacin que afecta a la superficie de un
cuerpo.
Dilatacin cbica, es aquella que se presenta cuando el cuerpo se dilata en
todo su conjunto.
APLICACIONES DE LA DILATACIN DE LOS SLIDOS.
El fenmeno de la dilatacin de slidos tiene muchas aplicaciones en la vida
prctica. As el zunchado de piezas para darles ms resistencia y la colocacin
de llantas a una rueda son dos ejemplos de ellos. En ambos casos, el zuncho o
la llanta se calientan, con lo que aumenta el tamao y se puede colocar.
Despus, al enfriar se contraen, y quedan comprimiendo al tubo o rueda,
dndoles ms consistencia.
Zuncho Rueda
-
78
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
En las estructuras metlicas o construccin de calderos, el remachado de
piezas se hace con los remaches. Al enfriarse la contraccin presiona
fuertemente a las piezas.
En otros casos, hay que prevenir los efectos de la dilatacin para que no sea
causa de perjuicios. As en los hornos, se dejan unos espacios entre los
ladrillos, llamados juntas de dilatacin, para compensar el tamao que va a
sufrir el ladrillo al dilatarse.
Los rieles de un ferrocarril tienen separaciones cada cierto tramo, o juntas de
dilatacin, que permiten un libre movimiento de las fuerzas expansivas de la
dilatacin.
A las tuberas muy largas, por las que circulan fluidos sujetos a cambios de
temperatura, se les da una curvatura o forma de arco que permite las
contracciones y dilataciones que podran deformar o romper la canalizacin.
-
79
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
DILATACIN DE LOS LQUIDOS.
Al calentar un lquido, ste aumenta de volumen de manera uniforme en toda
su masa. Por lo tanto en los lquidos se aplica lo expuesto para la dilatacin
cbica.
El valor del coeficiente de dilatacin de los lquidos es mayor que el de los
slidos; ya que debido a que los lquidos tienen una cohesin mucho menor,
basta una pequea elevacin de temperatura para producir en ellos una
dilatacin apreciable.
Los lquidos, para evitar que se derramen, tienen que guardarse dentro de un
recipiente. Cuando se calienta un lquido, se calienta tambin el recipiente, el
cual aumenta de tamao, dando la sensacin de que el lquido en l contenido
ha sufrido una disminucin de volumen.
Dilatacin del agua.
El agua presenta la anomala de que al calentarse desde 0C hasta 4C, en
lugar de dilatarse, se contrae. A partir de los 4C ya tiene una dilatacin regular
al aumentar la temperatura.
Debido a esa anomala, el agua, tiene su mxima densidad a 4C, lo que hace
que en los mares, lagos y ros, el agua que est en el fondo no tenga nunca
una temperatura inferior a los 4C.
Aplicaciones de la dilatacin de los lquidos.
La aplicacin ms importante de la dilatacin de los lquidos se da en la
construccin de termmetros. Se aprovecha para ello la dilatacin uniforme que
presentan el alcohol y el mercurio, en un amplio intervalo de temperaturas.
-
80
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
CAMBIOS DE ESTADO Y SUS CLASES.
Uno de los efectos ms importantes que el calor ejerce sobre los cuerpos es
cambiarles su estado fsico.
As, como un cuerpo slido se calienta, puede convertirse en un lquido. Un gas
al enfriarse, puede convertirse en un lquido, etc.
Los cambios de estado se pueden clasificar en dos grupos: progresivos y regresivos o dicho de otro modo: endotrmicos y exotrmicos.
Un cambio de estado es progresivo o endotrmico cuando para su realizacin absorbe calor.
Un cambio de estado regresivo o exotrmico cuando para su realizacin desprende calor.
Los cambios de estado son procesos reversibles. Esto quiere decir que cuando
a un cuerpo se le hace cambiar de estado calentndolo, se le puede volver al
estado primitivo enfrindolo y viceversa.
Los cambios de estado son:
ESTADO INICIAL ESTADO FINAL CAMBIO REALIZADO NATURALEZA DEL
PROCESO
Slido
Lquido
Lquido
Gas
Slido
Gas
Lquido
Slido
Gas
Lquido
Gas
Slido
1. Fusin
2. Solidificacin
3. Vaporizacin
4. Licuefaccin
5. Sublimacin
6. Sublimacin regresiva
Endotrmico
Exotrmico
Endotrmico
Exotrmico
Endotrmico
Exotrmico
SLIDO LQUIDO GASEOSO
1
2
3
4
5
6
-
81
CICLO DE ESTUDIOS GENERALES NIVEL TCNICO OPERATIVO
4.4. PROPAGACIN DEL CALOR.
La propagacin del calor de un cuerpo a otro se puede hacer en las formas
siguientes: por conduccin, por conveccin, y por radiacin.
Propagacin del calor por conduccin.
Se dice que el calor se propaga por conduccin cuando va pasando a travs
del cuerpo de molcula a molcula. Es la forma usual de propagarse el calor en
los cuerpos slidos.
Cuando cogemos una varilla de metal con la mano por un extremo, el calor va
avanzando de molcula a molcula a travs de la varilla, hasta que notamos
que el calor llega al extremo donde est la mano, tal como se observa en la
figura.
Los cuerpos no conducen igualmente el calor.
Algunos, como los metales, son muy buenos conductores del calor. Otros como
el corcho, la madera, la lana, el vidrio, el asbesto son malos conductores del
calor.
Los lquidos y gases conducen mal el calor. El vaco no propaga el calor por
conduccin, ya que no hay molculas que lo puedan transportar.
Esta forma tan distinta de conducir el calor se aprovecha para mltiples fines
prcticos. As por ejemplo, los recipientes destinados a producir vapor
(calderas, utensilios de cocina) se hacen metlicos con objeto de que
conduzcan bien el calor hasta el lquido que est en su interior.
Los cuerpos malos conductores se emplean para protegerse del fro. Por
ejemplo en los pases fros, las vent