Experimento de Evangelista Torricelli

1. Explique con sus palabras el experimento de Evangelista Torricelli y la relevancia del mismo para la correcta medición de la temperatura.

El experimento de Torricelli consistió en tomar un tubo de 1 metro de largo con uno de sus extremos sellado, llenarlo de mercurio, luego colocar el dedo en su parte abierta y girarlo, se introduce en un recipiente también con mercurio y se retira el dedo, esperando que el elemento se vacíe, aquí es donde nace el descubrimiento, efectivamente el mercurio baja, pero el tubo no se vacía completamente, sino solo hasta los 760 mm, se experimentó con tubos de diverso diámetro y el resultado fue siempre el mismo.

Si se efectúa el ensayo a nivel del mar se comprueba que el tubo se vacía hasta los 760 mm, pero si subimos a una montaña y hacemos el mismo ensayo se va a comprobar que el tubo se vacía aún más, esto quiere decir que a medida que tomamos altura comparado con el nivel del mar, la presión atmosférica es menor.

¿Porque el tubo no se vacía completamente?, porque la presión atmosférica está ejerciendo una fuerza sobre el mercurio que está en el recipiente y llega a un punto de equilibrio en donde no sigue bajando, dependiendo de la presión del lugar.

Debemos saber que el aire caliente pesa menos que el aire frio y tiende a elevarse, al ascender va originando una baja presión. Por el contrario con bajas temperaturas el aire se hace más pesado, desciende y origina una alta presión.

En una montaña (monte Aconcagua) la presión atmosférica es mucho baja comparada con estar en una playa (Viña del Mar), si hacemos el experimento de Torricelli en esa altura lo más probable que la medida nos quede en unos 350 mm aproximadamente.

2. Una masa de nitrógeno a 20 °C y a 2 atmósferas de presión ocupa un volumen de 800 cm3. ¿Qué variación de volumen se producirá al calentarlo hasta 156,6 °C?

To = 20°C = 293,15°K

Tf = 156,6°C = 429,75°K

Vo= 800 cms3 = 0,8 litros

Vo = Vf

To Tf

Vf= 0,8 litros * 429,75°K = 1,17 litros

293,15°K

ΔV= Vf – Vo

ΔV= 1,17 – 0,8 = 0,37 litros

3. En las noches de Navidad y Año Nuevo, en algunos países, es común ver volar globos con una barquilla en la que va una vela encendida. Explique detalladamente qué efectos causan que los globos vuelen.

Un globo lleno de aire normal a temperatura ambiente puede llegar a volar, pero muy pocos metros y luego cae al piso atraído por la fuerza de gravedad, pero en el caso de un globo con aire caliente se eleva sin mayores problemas, aquí se aplica el principio de la densidad, se dice que el aire frio es más denso que el aire caliente, a la vez como ya lo hemos visto, los materiales aumentan su volumen cuando se le eleva la temperatura, lo mismo ocurre en el efecto globo/aire. Al calentar la bolsa, el aire que se encuentra al interior de ésta se vuelve más ligero que el aire del ambiente, a la vez su volumen aumenta, entonces con gran facilidad comienza a elevarse.

Para el caso de los grandes globos que usan helio, ocurre lo mismo, éste es más liviano que el aire normal y si se le eleva la temperatura es aún mejor, más se eleva el globo. Por el contrario para que el globo pueda descender, la temperatura debe bajar y de la misma forma lo hará el globo.

4. Partiendo del contenido visto en la semana, ¿por qué en los bloques en las calles hechas de cemento se deja un espacio relleno de brea?

Porque estos bloques con la alta temperatura que adquieren en los meses de verano se expanden, aumentan su volumen y al no tener hacia donde expandirse se rompen, por su parte la brea sirve para unir estos bloques de cemento, esto permite que con las altas temperaturas el bloque pueda dilatarse sin romperse, la brea es una material elástico que absorbe estos cambios.

5. Suponga un puente de acero de 560 m a 15 °C, ¿cuál es la variación en su longitud entre los ‐6 °C y los 40 °C?

Δl = lo * Δt * α

Δl= 560 mts. * (-6 – 15) * 1,2 x 〖10〗^(-5)

Δl = - 0,14 mts = - 14,11 cms.

Δl= 560 mts. * (40 – 15 ) * 1,2 x 〖10〗^(-5)

Δl = 0,16 Mts = 16,8 cms.

La variación total desde los -6°C hasta los 40°C corresponde a:

16, 8 – (- 14,11) = 30,91 cms

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