Este documento define y explica varias unidades de medida fundamentales utilizadas en química, física y otras ciencias, incluyendo el sistema internacional de unidades, patrones de medida como el metro y el kilogramo, y unidades para medir presión, temperatura, densidad, viscosidad y pH. Explica conceptos como densidad relativa, ley de los gases ideales, y cómo varían propiedades como la viscosidad y densidad con la presión y temperatura.
2. Definición
Una unidad de medida es una cantidad
estandarizada de una determinada magnitud
física.
En general, una unidad de medida toma su valor
a partir de un patrón o de una composición de
otras unidades definidas previamente.
3. Definición
El Sistema Internacional de Unidades es la forma actual
del sistema métrico decimal y establece las unidades
que deben ser utilizadas internacionalmente. En él se
establecen 7 magnitudes fundamentales, con los
patrones para medirlas:
4. Patrones de Medida (ejemplos)
Un patrón de medidas es el hecho aislado y conocido que sirve
como fundamento para crear una unidad de medida.
Metro (para medir longitud)
Kilogramo (para medir cantidad de masa)
Segundo (para medir tiempo)
Amperio (para medir corriente o intensidad de corriente)
Kelvin (para medir la temperatura)
Candela (para medir la cantidad luminosa)
Mol (para medir cantidad de sustancia)
5. Tablas de Conversión
Las unidades del SI no han sido adoptadas en el
mundo entero. Los países anglosajones utilizan muchas
unidades del SI, pero todavía emplean unidades
propias de su cultura, como el pie, la libra, la milla, etc.
En la navegación todavía se usa la milla y legua
náuticas.
En las industrias del mundo todavía se utilizan unidades
como: PSI, BTU, galones por minuto, granos por galón,
barriles de petróleo, etc.
6. Presión:
Es el cuociente entre la intensidad de la fuerza ejercida
sobre una superficie perpendicularmente a ella y el área
de la propia superficie. Fuerza por unidad de área.
A
F
P =
7. Presión: unidades
La presión atmosférica es de aproximadamente de 101.300 pascales
(101,3 kPa), a nivel del mar .
En la práctica, 10 metros col. agua =1 Bar = 1 Atm = 100 kPa = 1 kg/cm²
8. Presión
Según el valor de referencia:
• Presión absoluta: Presión que toma como referencia el vacío
• Presión atmosférica: Presión absoluta ejercida por la atmósfera.
Es variable, pero a efectos de cálculo se considera una constante.
• Presión relativa: Presión que toma como referencia la presión
atmosférica
Según el aparato de medida:
• Presión barométrica: Para presiones absolutas, Utiliza el
barómetro
• Presión manométrica: Para presiones relativas, Utiliza el
manómetro
11. Aplicaciones
Frenos hidráulicos. La presión que se ejerce
sobre el pedal del freno se transmite a través de
todo el líquido a los pistones, que actúan sobre
los discos de frenado en cada rueda
multiplicando la fuerza que ejercemos.
Neumáticos de automóviles. Se hace para que
los neumáticos tengan elasticidad ante fuertes
golpes
12. Temperatura:
La temperatura es una magnitud referida a las nociones
comunes de caliente o frío.
Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una
temperatura mayor, y si estuviera frío, tendrá una
temperatura menor.
Físicamente es una magnitud
escalar relacionada con la
energía interna de un sistema
termodinámico
13. En el caso de un sólido, los movimientos en
cuestión resultan ser las vibraciones de las
partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso
de un gas, se trata de los movimientos traslacional,
rotacional y vibracional de sus partículas.
Entonces, se puede definir la temperatura como la
cuantificación de la actividad molecular de la
materia
14. La temperatura se mide con termómetros,
los cuales pueden ser calibrados de
acuerdo a una multitud de escalas que
dan lugar a unidades de medición de la
temperatura.
En el Sistema Internacional de Unidades,
la unidad de temperatura es el kelvin (K),
y la escala correspondiente es la escala
Kelvin o escala absoluta, que asocia el
valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto“.
15. Temperatura: unidades
Grado Celsius (°C). Base de medida de la temperatura de los puntos de
fusión y ebullición del agua.
Grado Fahrenheit (°F). Base entre el punto de congelación de una
disolución de cloruro amónico (valor cero) y la temperatura normal corporal
humana (valor 100). Es una unidad típicamente usada en Estados Unidos.
Grado Réaumur (°Ré, °Re, °R). Usado para procesos industriales
específicos, como el del almíbar.
Grado Rømer o Roemer. En desuso.
Grado Newton (°N). En desuso.
Grado Leiden. Usado para calibrar indirectamente bajas temperaturas. En
desuso.
Grado Delisle (°D) En desuso.
16. Capacidad calorífica y calor específico:
Cantidad de calor necesario para elevar
la temperatura de un cuerpo en un grado.
Si es específico, es por gramo.
Caloría: cantidad de calor necesaria para
aumentar de 14.5 °C a 15.5 °C la
temperatura de un gramo de agua a la
presión de una atmósfera.
17. Calorías
Los seres vivos, como el ser humano,
necesitan energía para poder vivir. Los
organismos se alimentan para obtener
combustible, la energía que le permite
desarrollar sus funciones vitales.
La caloría se emplea como un índice para
medir la energía de los alimentos ingeridos y
poder así elaborar dietas adecuadas y a
menudo "bajas en calorías" (suelen suponer
una reducción de un 30%) que permitan la
pérdida de peso corporal en aquellos casos
que se haya diagnosticado sobrepeso.
19. Densidad
Corresponde a una magnitud referida a la cantidad de
masa contenida en un determinado volumen
Ejemplo: Un objeto pequeño y pesado, como un trozo de plomo, es más
denso que un objeto grande y liviano hecho de espuma de poliuretano.
Según un cuento conocido, a Arquímedes le dieron la tarea de determinar
si el orfebre de Hierón II de Siracusa desfalcaba el oro durante la
fabricación de una corona dedicada a los dioses, y si además lo sustituía
por otro más barato (proceso conocido como aleación).
V
m
=ρ
20. Densidad Relativa
La densidad relativa de una sustancia es la
relación existente entre su densidad y la de otra
sustancia de referencia.
Es una magnitud adimensional (sin unidades).
Usualmente se usa el agua o el aire.
0ρ
ρ
ρ =r
21. Densidad: unidades
kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El
agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³
= 1 g/mL).
gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³).
Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico
(g/dm³) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con
la constante universal de los gases ideales:
22. En general, la densidad de una sustancia varía
cuando cambia la presión o la temperatura.
Cuando aumenta la presión, la densidad de
cualquier material estable también aumenta.
Como regla general, al aumentar la temperatura,
la densidad disminuye (si la presión permanece
constante).
Densidad
23. La densidad de los gases es fuertemente
afectada por la presión y la temperatura. La ley
de los gases ideales describe matemáticamente
la relación entre estas tres magnitudes:
Donde R es la constante universal de los gases
ideales, p es la presión del gas, M su masa
molar y T la temperatura absoluta.
TR
Mp
⋅
⋅
=ρ
Densidad
24. Ley de los Gases Ideales
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado
del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas
puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos
choques son perfectamente elásticos (conservación de
momento y energía cinética).
La ecuación que describe normalmente la relación entre
la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en
moles) de un gas ideal es:
TRnVP ⋅⋅=⋅
26. Viscosidad
Propiedad de los fluidos por
virtud de la cual ofrece
resistencia a roces tangenciales.
La viscosidad puede entenderse
como “rozamiento interno” en un
fluido.
La viscosidad sólo se manifiesta
en fluidos en movimiento.
27. Viscosidad
Si imaginamos que un objeto sólido (Ej: una goma
de borrar) está formado por delgadas capas unas
sobre otras, el resultado de la deformación es el
desplazamiento relativo de unas capas respecto
de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).
28. Viscosidad
F= µ A v / t
τ= µ v / t
τ= µ dv/dy (ley de viscosidad de Newton)
En el fondo, la viscosidad es la constante de proporcionalidad entre el
esfuerzo cortante por unidad de área (τ) y la velocidad de deformación
angular del fluido.
29. Viscosidad
¿Cómo varia la viscosidad con la temperatura?
LÍQUIDOS
La viscosidad disminuye con la temperatura
(Las moléculas “escapan” de sus posiciones)
GASES
La viscosidad aumenta con la temperatura
(Las moléculas pueden chocar más entre ellas)
32. pH
El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una
solución. El pH indica la concentración de iones hidronio
[H3O+
] presentes en determinadas sustancias. La sigla
significa “potencial de hidrógeno”.
El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa,
siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7, y
alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica
la neutralidad de la disolución (donde el disolvente es
agua).
[ ]+
−= HpH log
33. pH
También se define el pOH, que mide la concentración de
iones OH−
.
Puesto que el agua está disociada en una pequeña
extensión en iones OH–
y H3O+
:
K(constante)w(water;agua)= [H3O+
]·[OH–
]=10–14
log Kw = log [H3O+
] + log [OH–
]
–14 = log [H3O+
] + log [OH–
]
14 = –log [H3O+
] – log [OH–
]
pH + pOH = 14
34. Ejemplos de pH
pH
Ácido Fuerte 1M 0
Ácido gástrico 1,5
Bebida Cola 2,5
Cerveza 4,5
Té - Café 5,0 – 5,5
Leche 6,5
Agua Pura 7,0
Sangre 7,4
Agua de mar 8,0
Jabón de manos 9,5
Amoníaco 11,5
35. La determinación del pH es uno de los procedimientos
analíticos más importantes y más usados en ciencias
tales como química, bioquímica y la química de suelos.
El pH determina muchas características notables de la
estructura y actividad de las biomacromoléculas y, por
tanto, del comportamiento de células y organismos.
Ejemplo:
Dependiendo del pH del suelo la Hortensia (Hydrangea)
puede poseer flores rosas o azules. En suelos ácidos
(pH < 7) las flores son azules, mientras que en suelos
alcalinos (pH > 7) son rosas.
