sábado, 20 de agosto de 2011

UNIDADES Y MEDIDAS

El proceso de medición es  una actividad común y necesaria en nuestra  vida diaria: medimos  la velocidad  de  un automovil, compramos  muchos de  nuestros alimentos con base en  su peso, medimos las dimensiones de  un terreno para determinar su  área.


Medir es comparar la la magnitud  física que se desea cuantificar con una cantidad  patrón que se  denomina  unidades. El resultado de una medición indica el numero  de veces que la  unidad esta contenida en la  magnitud que se  mide. Toda medida consta de  una parte numérica o cantidad y una  unidad. ambas partes deben ser expresada para que la  medida tenga significado. ejemplo  cuando compramos  un paquete de  arroz que tiene  un peso  de 1 kilo.

MAGNITUDES FÍSICAS

son aquellos rasgos  que  pueden  ser medidos en  un objeto se dividen en  magnitudes fundamentales y derivadas.
  • Magnitudes fundamentales: son aquellas que  no dependen de ninguna  otra medida, expresan simplemente el numero de veces que esta  la  unidad patrón en lo  que se desea  medir, como  ejemplo: el volumen, la temperatura o la longitud.
  • Magnitudes derivadas: son aquellas  que expresan la relación  que existen entre dos magnitudes fundamentales. por ejemplo la densidad que  indica la cantidad  de masa presente en una unidad de  volumen.   
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

las primeras mediciones se  basaron problabemente en el  cuerpo humano, por ejemplo expresando la longitud en pies. Luego, diferentes regiones estandarizaron unidades para su uso  exclusivo. cuando empezó a hacerse común el intercambio de conocimiento entre regiones, hacia mediados del siglo XIX, esta diversidad en la  manera de medir se convirtió en un  serio  de  inconvenientes. para solucionar estos  problemas la academia de ciencias de  Francia creo el  sistema  internacional de unidades  (SI), según el cual  existe siete magnitudes fundamentales.


Magnitud
Unidad
Símbolo
Longitud
Metro
m
Masa
Kilogramo
Kg
Tiempo
Segundo
s
Temperatura
Kelvin
K
Corriente Eléctrica
Amperio
A
Cantidad de materia
Mol
mol
Intensidad  lumínica
Candela
cd

 En muchos casos, la magnitud que pretendemos medir es tan grande o  tan pequeña, que la unidad basica o  derivada  respectivamente  no  es la  apropiada. por ejemplo  el  metro no  es adecuado para expresar  distancias tan grandes como  la que existen entre  los planetas, ni tampoco para indicar dimensiones de  objetos tan pequeños como las bacterias o los atomos.

El SI resuelve este problema mediante el empleo de factores de  multiplicación  o multiplicadores decimales y de  prefijo, para  obtener múltiplos y submúltiplos de las  unidades básicas.


MÚLTIPLOS  DEL  SI
SUBMÚLTIPLOS DEL SI
Prefijo
Símbolo
Factor
Prefijo
Símbolo
Factor
EXA
E
1018 
deci
d
10-1
PENTA
P
1015
centi
c
10-2
TERA
T
1012
mili
m
10-3
GIGA
G
109
micro
u
10-6
MEGA
M
106
nano
n
10-9
KILO
K
103
pico
p
10-12
HECTO
H
102
femto
f
10-15
DECA
D
101
atto
a
10-18

A la  hora de expresar grande  o pequeñas  medidas  por medio  de  los prefijo y multiplicadores decimales se debe tener  presente  un  factor de conversión que es la razón entre dos cantidades equivalentes expresada en unidades diferentes, que se obtienen siempre a partir de una relación validad entre dichas unidades.
El  factor  de  conversión suele  expresarse mediante la siguiente ecuación:

cantidad  deseada= cantidad dada * factor de  conversión

ejemplo: Cierta persona tiene una altura de 167cm ¿cual  es su altura en metros?

X= 167 cm *  1m
                     102cm

X= 1,67m


ejemplo: la distancia entre el sol  y la tierra es de 150 millones de   kilómetros. ¿exprese esta distancia en  cm?
 

 150000000 km *  100000 cm = 1.5 *1013  cm 
                                 1 km

  
MAGNITUDES  UTILIZADAS  EN QUÍMICA

  • LONGITUD: Este concepto  hace referencia a la distancia lineal existente entre dos puntos. Su unidad SI es el metro. En química se utilizan comúnmente varios submúltiplos del  metro, como son el centímetro (cm), el milímetro (mm) y  el micrómetro (um). 
  • VOLUMEN: Es el  espacio ocupado por  un cuerpo y como  tal tiene  una amplia  aplicacion en  química. La  unidad SI del volumen  es el metro cubico m3. En el  sistema métrico un litro (lt) equivales a  un  decímetro cubico (dm3) y  un mililitro (ml) equivale  a  un (cm3) y son la unidades mas utilizadas en  química.
  • MASA: Es la cantidad de masa que  contiene  un  cuerpo. Su unidad SI es de  kilogramos (kg). En química se  utiliza preferiblemente el  gramo (gr) en vez de  kilogramos, ya que este representa  una masa muy grande en comparacion con las cantidades que se miden normalmente en el laboratorio. Otra  unidad de masa bastante empleada en química es la unidad de masa atómica (uma) que sirve para denotar el peso  de las partículas extremadamente  pequeñas (atomos, moléculas etc..). El  peso  es otra unidad  definida como  la atracción  que ejerce la tierra  sobre  la masa de  un  cuerpo y  se representa  por la  siguiente formula 
   Peso: masa * fuerza gravitacional
   Fuerza gravitacional= 9.8 m/sg2
  • DENSIDAD: Es un concepto  utilizado  para definir la  relación  existente entre la cantidad de masa de  un  cuerpo por unidad de  volumen.
 DENSIDAD =    MASA (gr) 
                      VOLUMEN (ml)
                       
La unidad SI para la densidad es kg/m3. Si embargo se utiliza en química gr/ml.

  • VELOCIDAD DE REACCIÓN: Cantidad de partículas formadas o  desaparecidas por unidad de  tiempo. las unidades utilizadas son moles formados/segundos. (mol/s)

TEMPERATURA Y CALOR

El calor  corresponde a la medida de la energía que se transfiere de un  cuerpo  a  otro debido a la diferencia de temperatura que existen entre ellos. La  unidad que se  utiliza comúnmente para medir el  calor es la caloría  (cal), que se define como la cantidad de calor requeridad para elevar la temperatura de 1gr de  agua a  un 1 grado centígrado. Frecuentemente se  emplea un múltiplos de la caloría denominado kilocaloria que equivale a  1000 calorías.

La temperatura es  una de las  magnitudes fundamentales definida por el  SI.  Se trata de  una  magnitud difícil de definir y que tiende a confundirse con el  concepto de calor, aunque probablemente tenemos una idea mas o menos clara de tamperatura y calor. La temperatura de un  cuerpo  es definida como una magnitud que  mide la energía promedio de las  moléculas que constituyen  ese cuerpo. la temperatura de un cuerpo es independiente de su masa, por que solo  depende de la  velocidad y la masa de cada una de sus moléculas.
La temperatura es medida  por  un instrumento denominado termómetro (capilar terminado en un bulbo) que se  encarga de  tomar el calor que desprende el  cuerpo, en su interior el  termómetro contiene un liquido (generalmente mercurio), que se dilata a  aumentar la  cantidad de calor emitida y sube por una escala numérica que  contiene.  

ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Existen varias escalas de temperatura. Para definir una escala se establecen arbitrariamente dos puntos de referencias que indican los extremos  de la escala. La distancia entre estos  puntos se divide entre números definido por partes que se llama grados, entre las  principales  escalas termométricas que se trabajan en química se  encuentran:  

  • Escalas Celsius (°C):  Fue creada en 1742 por Andrés Celsius, es la más utilizada en el mundo, su
    referencia inferior esta basada en el punto de fusión del hielo (0°C) y la superior en el punto de ebullición del agua (100°C). Entre estas dos referencias existen 100 divisiones. Debido a la asignación arbitraría del punto cero,  en esta escala son posible las temperaturas negativas, correspondientes a valores por debajo del punto de congelación del  agua. 
  • Escala Kelvin (K): Fue creada  por  Lord Kelvin con el fin de evitar el empleo  de  valores negativos de temperatura, sugirió emplear como  punto de  inicio  de la  escala un  valor conocido como cero absoluto, que corresponde  a  una temperatura de  -273 °C, en la cual la energía cinética de las  partículas  es  intima y  por  lo  tanto corresponde a la temperatura mas baja ques se  puede lograr. El tamaño  de  los grados en la escala Kelvin  y Celsius es el mismo. La temperatura de  congelación  del  agua es 273°  y el punto de ebullición de  373°. 
  • Escala Farenheit (°F):  Esta escala se  emplea comúnmente en los  E.U. y se  diferencia de las anteriores en que el punto  de congelación del  agua se le asigna  un valor de 32°  y al  de  ebullición 212°. Esto  quiere decir que la  diferencia de temperatura es   de 180 partes o grados.
  • Escala Rankine (°R): En esta escala el intervalo entre el punto  de congelación y ebullición del  agua es  igual al intervalo que existen entre estos  puntos en la escala  fahrenheit. La diferencia esta en  que el punto de congelación del agua se marca como 492°, mientras que el punto de  ebullición se señala como 672°. 


   

CONVERSIONES ENTRE ESCALAS TERMOMÉTRICAS


Acontinuación se  ilustrara las formulas aritméticas  utilizadas que  nos permiten convertir temperaturas de  una escala a la otra.

  • De grados  celsius (°C) a  kelvin (K). 
 K = °C + 273
  • De kelvin (K)  a  grados celsius (°C).
 (°C)=  K  -  273

  • De grados celsius °C  a grados fahrenheit °F

°R= °F + 460
  • De grados kelvin  a rankine
°R = 9/5 * K

°F = (9 °C / 5) + 32

  • De grados fahrenheit °F a grados celsius °C
°C = 5 (°F – 32) / 9
  • De grados fahrenheit a grados  rankine °R 


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