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¿Qué es la deformación geológica?

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deformación geologica

«Deformación» es una palabra muy utilizada en geología y es un concepto importante. En el lenguaje cotidiano, la tensión parece significar rigidez y tensión, o esfuerzo realizado contra una resistencia inquebrantable. Esto es fácil de confundir con el acento y, de hecho, las definiciones del diccionario de las dos palabras se superponen. Los físicos y los geólogos intentan utilizar los dos términos con más cuidado. El estrés es una fuerza que afecta a un objeto y la tensión es la forma en que el objeto responde a él.

Varias fuerzas comunes que operan en la Tierra imponen tensión sobre los materiales geológicos. La gravedad lo hace, y las corrientes de agua o de aire lo hacen, y los movimientos tectónicos de las placas litosféricas lo hacen. El estrés de la gravedad se llama presión. La tensión de las corrientes se llama tracción. Afortunadamente, la tensión tectónica no recibe otro nombre. El estrés es simple de expresar en cálculos.

Deformación por estrés

La deformación no es una fuerza, sino una deformación. Todo en el mundo, todo en el universo, se deforma cuando se somete a tensión, desde la más vaga nube de gas hasta el diamante más rígido. Esto es fácil de apreciar con sustancias blandas, donde su cambio de forma es evidente. Pero incluso la roca sólida cambia de forma cuando se somete a tensión; solo tenemos que medir con cuidado para detectar la tensión.

Tensión elástica

La cepa viene en dos variedades. La tensión elástica es la tensión que sentimos en nuestros propios cuerpos; es el estiramiento lo que se recupera cuando se reduce la tensión. La tensión elástica es fácil de apreciar en resortes de goma o metal. La tensión elástica es lo que hace que las bolas reboten y las cuerdas de los instrumentos musicales vibren. Los objetos que se someten a tensión elástica no son dañados por él. 

En geología, la deformación elástica es responsable del comportamiento de las ondas sísmicas en la roca. Los materiales que están sometidos a una tensión suficiente pueden deformarse más allá de su capacidad elástica, en cuyo caso pueden romperse, o pueden estirarse, que es el otro tipo de deformación: deformación plástica.

Deformación plástica

La deformación plástica es una deformación permanente. Los cuerpos no se recuperan de la tensión plástica. Este es el tipo de tensión que asociamos con sustancias como plastilina o metal doblado. En geología, la deformación plástica es lo que resulta en deslizamientos de tierra en sedimentos, particularmente derrumbes y flujos de tierra. 

La deformación plástica es lo que hace que las rocas metamórficas sean tan interesantes. La alineación de los minerales recristalizados —el tejido metamórfico del esquisto, por ejemplo— es una respuesta plástica a las tensiones impuestas por el entierro y la actividad tectónica.

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Qué significa Elasticidad en física, ingeniería y química.

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elasticidad

La elasticidad es una propiedad física de un material mediante la cual el material vuelve a su forma original después de haber sido estirado o alterado por la fuerza. Las sustancias que muestran un alto grado de elasticidad se denominan «elásticas». La unidad SI aplicada a la elasticidad es el pascal (Pa), que se utiliza para medir el módulo de deformación y el límite elástico.

Las causas de la elasticidad varían según el tipo de material. Los polímeros, incluido el caucho, pueden mostrar elasticidad a medida que las cadenas de polímero se estiran y luego vuelven a su forma original cuando se elimina la fuerza. Los metales pueden mostrar elasticidad a medida que las redes atómicas cambian de forma y tamaño, nuevamente, volviendo a su forma original una vez que se elimina la energía.

Ejemplos: bandas de goma y elásticos y otros materiales elásticos muestran elasticidad. La arcilla de modelar, por otro lado, es relativamente inelástica y retiene una nueva forma incluso después de que la fuerza que causó su cambio ya no se ejerce.

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Comprensión de la temperatura y la presión estándar (STP)

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stp

STP en química es la abreviatura de temperatura y presión estándar. STP se usa más comúnmente al realizar cálculos en gases, como la densidad del gas. La temperatura estándar es 273 K (0 ° Celsius o 32 ° Fahrenheit) y la presión estándar es 1 atm de presión. Este es el punto de congelación del agua pura a la presión atmosférica al nivel del mar. En STP, un mol de gas ocupa 22,4 L de volumen ( volumen molar ).

Definición de STP en química

Tenga en cuenta que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) aplica un estándar más estricto de STP como una temperatura de 273,15 K (0 ° C, 32 ° F) y una presión absoluta de exactamente 100.000 Pa (1 bar, 14,5 psi, 0,98692 Cajero automático). Este es un cambio de su estándar anterior (modificado en 1982) de 0 ° C y 101,325 kPa (1 atm).

Conclusiones clave: STP o temperatura y presión estándar

  • STP es la abreviatura de temperatura y presión estándar. Sin embargo, el «estándar» se define de manera diferente por varios grupos.
  • Los valores de STP se citan con mayor frecuencia para los gases porque sus características cambian drásticamente con la temperatura y la presión.
  • Una definición común de STP es una temperatura de 273 K (0 ° Celsius o 32 ° Fahrenheit) y la presión estándar de 1 atm. En estas condiciones, un mol de gas ocupa 22,4 L.
  • Debido a que el estándar varía según la industria, es una buena práctica indicar las condiciones de temperatura y presión para las mediciones y no solo decir «STP».

Usos de STP

Las condiciones de referencia estándar son importantes para las expresiones del caudal de fluido y los volúmenes de líquidos y gases, que dependen en gran medida de la temperatura y la presión. STP se usa comúnmente cuando se aplican condiciones de estado estándar a los cálculos. Las condiciones de estado estándar, que incluyen temperatura y presión estándar, pueden reconocerse en los cálculos mediante el círculo superíndice. Por ejemplo, ΔS ° se refiere al cambio de entropía en STP.

Otras formas de STP

Debido a que las condiciones de laboratorio rara vez involucran STP, un estándar común es la temperatura y presión ambiente estándar o SATP, que es una temperatura de 298.15 K (25 ° C, 77 ° F) y una presión absoluta de exactamente 1 atm (101,325 Pa, 1.01325 bar).

La atmósfera estándar internacional o ISA y la atmósfera estándar de EE. UU. Son estándares utilizados en los campos de la dinámica de fluidos y la aeronáutica para especificar la temperatura, la presión, la densidad y la velocidad del sonido para un rango de altitudes en las latitudes medias. 

Los dos conjuntos de estándares son los mismos en altitudes de hasta 65,000 pies sobre el nivel del mar. De lo contrario, difieren ligeramente en los rangos de temperatura utilizados a diferentes altitudes. Estos estándares son tablas, ya que no existe un valor «estándar» único.

El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) utiliza una temperatura de 20 ° C (293,15 K, 68 ° F) y una presión absoluta de 101,325 kPa (14,696 psi, 1 atm) para STP. La norma estatal rusa GOST 2939-63 utiliza las condiciones estándar de 20 ° C (293,15 K), 760 mmHg (101325 N / m2) y humedad cero. 

Las condiciones métricas estándar internacionales para el gas natural son 288,15 K (15,00 ° C; 59,00 ° F) y 101,325 kPa. La Organización Internacional de Normalización (ISO) y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) también establecen sus propios estándares.

Uso correcto del término STP

A pesar de que STP está definido, puede ver que la definición precisa depende del comité que estableció el estándar. Por lo tanto, en lugar de citar una medición realizada en condiciones estándar o STP, siempre es mejor indicar explícitamente las condiciones de referencia de temperatura y presión. Esto evita confusiones. 

Además, es importante indicar la temperatura y la presión para el volumen molar de un gas, en lugar de citar STP como condiciones. Cuando se calcula el volumen molar, se debe indicar si el cálculo utilizó la constante de gas ideal R o la constante de gas específica R s . Las dos constantes están relacionadas donde R s = R / m, donde m es la masa molecular de un gas.

Aunque STP se aplica con mayor frecuencia a los gases, muchos científicos intentan realizar experimentos en STP a SATP para facilitar su replicación sin introducir variables. Es una buena práctica de laboratorio indicar siempre la temperatura y la presión o al menos registrarlas en caso de que resulten importantes.

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¿Qué es el módulo de volumen?

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modulo de volumen

El módulo de volumen es una constante que describe la resistencia de una sustancia a la compresión. Se define como la relación entre el aumento de presión y la disminución resultante en el volumen de un material. Junto con el módulo de Young, el módulo de corte y la ley de Hooke, el módulo de volumen describe la respuesta de un material a la tensión o deformación.

Por lo general, el módulo volumétrico se indica mediante K o B en ecuaciones y tablas. Si bien se aplica a la compresión uniforme de cualquier sustancia, se usa con mayor frecuencia para describir el comportamiento de los fluidos. Se puede utilizar para predecir la compresión, calcular la densidad e indicar indirectamente los tipos de enlaces químicos dentro de una sustancia. El módulo de volumen se considera un descriptor de propiedades elásticas porque un material comprimido vuelve a su volumen original una vez que se libera la presión.

Las unidades para el módulo de volumen son Pascales (Pa) o newtons por metro cuadrado (N / m 2 ) en el sistema métrico, o libras por pulgada cuadrada (PSI) en el sistema inglés.

Tabla de valores del módulo de volumen del fluido (K)

Hay valores de módulo aparente para sólidos (por ejemplo, 160 GPa para acero; 443 GPa para diamante; 50 MPa para helio sólido) y gases (por ejemplo, 101 kPa para aire a temperatura constante), pero las tablas más comunes enumeran valores para líquidos. A continuación, se muestran valores representativos, tanto en unidades inglesas como métricas:

 Unidades inglesas
( 10 5 PSI)		Unidades SI
( 10 9 Pa)
Acetona1,340,92
Benceno1,51.05
Tetracloruro de carbono1,911,32
Alcohol etílico1,541.06
Gasolina1,91.3
Glicerina6.314.35
Aceite mineral ISO 322.61.8
Queroseno1,91.3
Mercurio41,428,5
Parafina2,411,66
Gasolina1,55 – 2,161,07 – 1,49
Éster de fosfato4.43
Aceite SAE 302.21,5
Agua de mar3.392,34
Ácido sulfúrico4.33,0
Agua3.122.15
Agua – Glicol53.4
Agua – Emulsión de aceite3.32.3

El valor de K varía, dependiendo del estado de la materia de una muestra y, en algunos casos, de la temperatura. En los líquidos, la cantidad de gas disuelto tiene un gran impacto en el valor. Un valor alto de K indica que un material resiste la compresión, mientras que un valor bajo indica que el volumen disminuye apreciablemente bajo presión uniforme. El recíproco del módulo de volumen es la compresibilidad, por lo que una sustancia con un módulo de volumen bajo tiene una alta compresibilidad.

Al revisar la tabla, puede ver que el mercurio metálico líquido es casi incompresible. Esto refleja el gran radio atómico de los átomos de mercurio en comparación con los átomos de los compuestos orgánicos y también el empaquetamiento de los átomos. Debido a los enlaces de hidrógeno, el agua también resiste la compresión.

Fórmulas de módulo volumétrico

El módulo volumétrico de un material puede medirse mediante difracción de polvo, utilizando rayos X, neutrones o electrones dirigidos a una muestra en polvo o microcristalina. Puede calcularse mediante la fórmula:

Módulo volumétrico ( K ) = tensión volumétrica / deformación volumétrica

Esto es lo mismo que decir que es igual al cambio de presión dividido por el cambio de volumen dividido por el volumen inicial:

Módulo de volumen ( K ) = (p 1 – p 0 ) / [(V 1 – V 0 ) / V 0 ]

Aquí, p 0 y V 0 son la presión y el volumen iniciales, respectivamente, y p 1 y V1 son la presión y el volumen medidos tras la compresión.

La elasticidad del módulo volumétrico también se puede expresar en términos de presión y densidad:

K = (p 1 – p 0 ) / [(ρ 1 – ρ 0 ) / ρ 0 ]

Aquí, ρ 0 y ρ 1 son los valores de densidad inicial y final.

Ejemplo de cálculo

El módulo de volumen se puede usar para calcular la presión hidrostática y la densidad de un líquido. Por ejemplo, considere el agua de mar en el punto más profundo del océano, la Fosa de las Marianas. La base de la trinchera está a 10994 m por debajo del nivel del mar.

La presión hidrostática en la Fosa de las Marianas se puede calcular como:

p 1 = ρ * g * h

Donde p 1 es la presión, ρ es la densidad del agua de mar al nivel del mar, g es la aceleración de la gravedad y h es la altura (o profundidad) de la columna de agua.

p 1 = (1022 kg / m 3 ) (9,81 m / s 2 ) (10994 m)

p 1 = 110 x 10 6 Pa o 110 MPa

Si se sabe que la presión al nivel del mar es de 105 Pa, se puede calcular la densidad del agua en el fondo de la zanja:

ρ 1 = [(p 1 – p) ρ + K * ρ) / K

ρ1 = [[(110 x 10 6 Pa) – (1 x 10 5 Pa)] (1022 kg / m 3 )] + (2,34 x 10 9 Pa) (1022 kg / m 3 ) / (2,34 x 10 9 Pensilvania)

ρ 1 = 1070 kg / m 3

¿Qué puedes ver de esto? A pesar de la inmensa presión sobre el agua en el fondo de la Fosa de las Marianas, ¡no está muy comprimida!

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Definición y ejemplos de presión en química, física e ingeniería

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presion

La presión se define como una medida de la fuerza aplicada sobre una unidad de área. La presión a menudo se expresa en unidades de pascales (Pa), newtons por metro cuadrado (N / m 2 o kg / m · s 2 ) o libras por pulgada cuadrada . Otras unidades incluyen la atmósfera (atm), torr, bar y metros de agua de mar (msw).

En las ecuaciones, la presión se indica con la letra P mayúscula o la letra p minúscula.

La presión es una unidad derivada , generalmente expresada de acuerdo con las unidades de la ecuación:

P = F / A

donde P es la presión, F es la fuerza y ​​A es el área.

La presión es una cantidad escalar. lo que significa que tiene una magnitud, pero no una dirección. Esto puede parecer confuso, ya que generalmente es obvio que la fuerza tiene dirección. Puede ser útil considerar la presión de un gas en un globo. No hay una dirección obvia del movimiento de las partículas en un gas. 

De hecho, se mueven en todas direcciones de modo que el efecto neto parece aleatorio. Si un gas está encerrado en un globo, se detecta presión cuando algunas de las moléculas chocan con la superficie del globo. No importa en qué parte de la superficie mida la presión, será la misma.

Por lo general, la presión es un valor positivo. Sin embargo, es posible la presión negativa.

Ejemplo simple de presión

Un ejemplo simple de presión se puede ver sosteniendo un cuchillo sobre una fruta. Si sostienes la parte plana del cuchillo contra la fruta, no cortará la superficie. La fuerza se extiende fuera de un área grande (baja presión). Si gira la cuchilla de manera que el filo quede presionado contra la fruta, se aplica la misma fuerza sobre un área de superficie mucho más pequeña (presión mucho mayor), por lo que la superficie se corta fácilmente.

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Propiedades físicas de la materia

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La materia

Las propiedades físicas de la materia son cualquier propiedad que se pueda percibir u observar sin cambiar la identidad química de la muestra. Por el contrario, las propiedades químicas son aquellas que solo pueden observarse y medirse realizando una reacción química, cambiando así la estructura molecular de la muestra.

Debido a que las propiedades físicas incluyen una amplia gama de características, se clasifican además como intensivas o extensivas e isotrópicas o anisotrópicas.

Propiedades físicas intensivas y extensas

Las propiedades físicas intensivas no dependen del tamaño o la masa de la muestra. Los ejemplos de propiedades intensivas incluyen el punto de ebullición, el estado de la materia y la densidad. Las propiedades físicas extensas dependen de la cantidad de materia en la muestra. Los ejemplos de propiedades extensivas incluyen tamaño, masa y volumen.

Propiedades físicas isotrópicas y anisotrópicas

Las propiedades físicas isotrópicas no dependen de la orientación de la muestra o de la dirección desde la que se observa. Las propiedades anisotrópicas dependen de la orientación. Si bien cualquier propiedad física podría asignarse como isótropa o anisótropa, los términos se aplican generalmente para ayudar a identificar o distinguir materiales en función de sus propiedades ópticas y mecánicas.

Por ejemplo, un cristal puede ser isótropo con respecto al color y la opacidad, mientras que otro puede tener un color diferente dependiendo del eje de visualización. En un metal, los granos pueden distorsionarse o alargarse a lo largo de un eje en comparación con otro.

Ejemplos de propiedades físicas

Cualquier propiedad que pueda ver, oler, tocar, oír o detectar y medir sin realizar una reacción química es una propiedad física. Ejemplos de propiedades físicas incluyen:

  • Color
  • Forma
  • Volumen
  • Densidad
  • La temperatura
  • Punto de ebullición
  • Viscosidad
  • Presión
  • Solubilidad
  • Carga eléctrica

Propiedades físicas de compuestos iónicos frente a compuestos covalentes

La naturaleza de los enlaces químicos influye en algunas propiedades físicas que muestra un material. Los iones de los compuestos iónicos son fuertemente atraídos por otros iones con carga opuesta y repelidos por cargas similares. 

Los átomos de las moléculas covalentes son estables y no son fuertemente atraídos o repelidos por otras partes del material. Como consecuencia, los sólidos iónicos tienden a tener puntos de fusión y ebullición más altos en comparación con los puntos de fusión y ebullición bajos de los sólidos covalentes.

Los compuestos iónicos tienden a ser conductores eléctricos cuando se funden o disuelven, mientras que los compuestos covalentes tienden a ser malos conductores en cualquier forma. En su mayoría los compuestos iónicos suelen ser sólidos cristalinos, mientras que las moléculas covalentes existen como líquidos, gases o sólidos. 

Los compuestos iónicos a menudo se disuelven en agua y otros disolventes polares, mientras que los compuestos covalentes tienen más probabilidades de disolverse en disolventes no polares.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas abarcan características de la materia que solo pueden observarse cambiando la identidad química de una muestra, examinando su comportamiento en una reacción química. Entre los ejemplos de propiedades químicas se incluyen la inflamabilidad (observada en la combustión), la reactividad (medida por la disposición a participar en una reacción) y la toxicidad (demostrada al exponer un organismo a una sustancia química).

Cambios químicos y físicos

Las propiedades químicas y físicas están relacionadas con cambios químicos y físicos. Un cambio físico altera solo la forma o apariencia de una muestra y no su identidad química. Un cambio químico es una reacción química que reordena una muestra a nivel molecular.

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Estrés, deformación y fatiga del metal

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fatiga de los metales

Todos los metales se deforman (se estiran o comprimen) cuando están sometidos a tensiones, en mayor o menor grado. Esta deformación es el signo visible de la tensión del metal llamada deformación del metal y es posible debido a una característica de estos metales llamada ductilidad: su capacidad para alargarse o reducirse en longitud sin romperse.

Calcular el estrés

La tensión se define como fuerza por unidad de área como se muestra en la ecuación σ = F / A.

El estrés a menudo se representa con la letra griega sigma (σ) y se expresa en newtons por metro cuadrado, o pascales (Pa). Para tensiones mayores, se expresa en megapascales (10 6 o 1 millón de Pa) o gigapascales (10 9 o 1 billón de Pa).

La fuerza (F) es masa x aceleración, por lo que 1 newton es la masa necesaria para acelerar un objeto de 1 kilogramo a una velocidad de 1 metro por segundo al cuadrado. Y el área (A) en la ecuación es específicamente el área de la sección transversal del metal que se somete a tensión.

Digamos que se aplica una fuerza de 6 newtons a una barra con un diámetro de 6 centímetros. El área de la sección transversal de la barra se calcula usando la fórmula A = π r 2 . El radio es la mitad del diámetro, entonces el radio es 3 cm o 0.03 my el área es 2.2826 x 10 -3 m 2.

A = 3,14 x (0,03 m) 2 = 3,14 x 0,0009 m 2 = 0,002826 m 2 o 2,2826 x 10 -3 m 2

Ahora usamos el área y la fuerza conocida en la ecuación para calcular la tensión:

σ = 6 newtons / 2,2826 x 10 -3 m 2 = 2,123 newtons / m 2 o 2123 Pa

Cálculo de la deformación

La deformación es la cantidad de deformación (estiramiento o compresión) causada por la tensión dividida por la longitud inicial del metal como se muestra en la ecuación ε = dl / l 0 . Si hay un aumento en la longitud de una pieza de metal debido a la tensión, se denomina deformación por tracción. Si hay una reducción en la longitud, se llama tensión compresiva.

La deformación a menudo se representa con la letra griega épsilon (ε), y en la ecuación, dl es el cambio de longitud y l 0 es la longitud inicial.

La deformación no tiene unidad de medida porque es una longitud dividida por una longitud y, por lo tanto, se expresa solo como un número. Por ejemplo, un cable que tiene inicialmente 10 centímetros de largo se estira a 11,5 centímetros; su cepa es 0,15.

ε = 1,5 cm (el cambio en la longitud o la cantidad de estiramiento) / 10 cm (longitud inicial) = 0,15

Materiales dúctiles

Algunos metales, como el acero inoxidable y muchas otras aleaciones, son dúctiles y ceden bajo tensión. Otros metales, como el hierro fundido, se fracturan y se rompen rápidamente bajo tensión. Por supuesto, incluso el acero inoxidable finalmente se debilita y se rompe si se somete a suficiente tensión.

Los metales como el acero con bajo contenido de carbono se doblan en lugar de romperse bajo tensión. Sin embargo, con un cierto nivel de estrés, alcanzan un límite de rendimiento bien entendido. Una vez que alcanzan ese límite de elasticidad, el metal se endurece por deformación. El metal se vuelve menos dúctil y, en cierto sentido, se vuelve más duro. Pero mientras que el endurecimiento por deformación hace que sea menos fácil que el metal se deforme, también hace que el metal sea más frágil. El metal quebradizo puede romperse o fallar con bastante facilidad.

Materiales frágiles

Algunos metales son intrínsecamente frágiles, lo que significa que son particularmente propensos a fracturarse. Los metales frágiles incluyen aceros con alto contenido de carbono. A diferencia de los materiales dúctiles, estos metales no tienen un límite elástico bien definido. En cambio, cuando alcanzan un cierto nivel de estrés, se rompen.

Los metales frágiles se comportan de forma muy similar a otros materiales frágiles como el vidrio y el hormigón. Al igual que estos materiales, son fuertes en ciertos aspectos, pero debido a que no pueden doblarse ni estirarse, no son apropiados para ciertos usos.

Fatiga de metal

Cuando se someten a tensión los metales dúctiles, se deforman. Si la tensión se elimina antes de que el metal alcance su límite de elasticidad, el metal vuelve a su forma anterior. Si bien el metal parece haber vuelto a su estado original, sin embargo, han aparecido pequeñas fallas a nivel molecular.

Cada vez que el metal se deforma y luego vuelve a su forma original, ocurren más fallas moleculares. Después de muchas deformaciones, hay tantas fallas moleculares que el metal se agrieta. Cuando se forman suficientes grietas para que se fusionen, se produce una fatiga irreversible del metal.

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Explicación de la ductilidad: tensión de tracción y metales

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ductilidad

La ductilidad es una medida de la capacidad de un metal para resistir la tensión de tracción, cualquier fuerza que separe los dos extremos de un objeto entre sí. El juego de tira y afloja proporciona un buen ejemplo de tensión de tracción que se aplica a una cuerda. La ductilidad es la deformación plástica que se produce en el metal como resultado de este tipo de deformaciones. El término «dúctil» significa literalmente que una sustancia metálica es capaz de estirarse en un alambre delgado sin volverse más débil o quebradizo en el proceso.

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Metales dúctiles 

Los metales con alta ductilidad, como el cobre, se pueden estirar en alambres largos y delgados sin romperse. El cobre históricamente ha servido como un excelente conductor de electricidad, pero puede conducir casi cualquier cosa. Los metales con baja ductilidad, como el bismuto, se romperán cuando se sometan a tensión de tracción.

Los metales dúctiles se pueden utilizar en algo más que cableado conductor. El oro, el platino y la plata a menudo se dibujan en largas hebras para su uso en joyería, por ejemplo. Generalmente, se considera que el oro y el platino se encuentran entre los metales más dúctiles. Según el Museo Americano de Historia Natural, el oro se puede estirar hasta un ancho de solo 5 micrones o cinco millonésimas de metro de espesor. Se podría extraer una onza de oro a una longitud de 50 millas.

Los cables de acero son posibles debido a la ductilidad de las aleaciones que se utilizan en ellos. Estos se pueden usar para muchas aplicaciones diferentes, pero es especialmente común en proyectos de construcción, como puentes, y en configuraciones de fábrica para cosas como mecanismos de poleas.

Ductilidad frente a maleabilidad

Por el contrario, la  maleabilidad  es la medida de la capacidad de un metal para resistir la compresión, como martillar, rodar o presionar. Si bien la ductilidad y maleabilidad pueden parecer similares en la superficie, los metales que son dúctiles no son necesariamente maleables y viceversa. Un ejemplo común de la diferencia entre estas dos propiedades es el plomo, que es muy maleable pero no muy dúctil debido a su estructura cristalina. La estructura cristalina de los metales dicta cómo se deformarán bajo tensión.

Las partículas atómicas que componen los metales pueden deformarse bajo tensión, ya sea deslizándose unas sobre otras o separándose unas de otras. Las estructuras cristalinas de los metales más dúctiles permiten que los átomos del metal se estiren más separados, un proceso llamado «hermanamiento». Los metales más dúctiles son los que se gemelan más fácilmente. En los metales maleables, los átomos se mueven unos sobre otros en posiciones nuevas y permanentes sin romper sus enlaces metálicos.

La maleabilidad en metales es útil en múltiples aplicaciones que requieren formas específicas diseñadas a partir de metales que han sido aplanados o enrollados en láminas. Por ejemplo, las carrocerías de automóviles y camiones deben tener formas específicas, al igual que los utensilios de cocina, latas para alimentos y bebidas envasados, materiales de construcción y más.

El aluminio, que se utiliza en latas para alimentos, es un ejemplo de metal maleable pero no dúctil.

La temperatura

La temperatura también afecta la ductilidad en los metales. A medida que se calientan, los metales generalmente se vuelven menos frágiles, lo que permite la deformación plástica. En otras palabras, la mayoría de los metales se vuelven más dúctiles cuando se calientan y se pueden tender más fácilmente para formar cables sin romperse. El plomo resulta ser una excepción a esta regla, ya que se vuelve más frágil a medida que se calienta.

La temperatura de transición dúctil-frágil de un metal es el punto en el que puede soportar la tensión de tracción u otra presión sin fracturarse. Los metales expuestos a temperaturas por debajo de este punto son susceptibles de fracturarse, por lo que esta es una consideración importante al elegir qué metales usar en temperaturas extremadamente frías. Un ejemplo popular de esto es el hundimiento del Titanic. 

Se han formulado muchas hipótesis sobre por qué el barco se hunde, y entre ellas está el impacto del agua fría en el acero del casco del barco. El clima era demasiado frío para la temperatura de transición dúctil-frágil del metal en el casco del barco, lo que aumentaba su fragilidad y lo hacía más susceptible a daños.

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Todo lo que necesita saber sobre la litosfera

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Litosfera

En el campo de la geología, ¿qué es la litosfera? La litosfera es la capa exterior frágil de la Tierra sólida. Las placas de la tectónica de placas son segmentos de la litosfera. Su parte superior es fácil de ver, está en la superficie de la Tierra, pero la base de la litosfera está en transición, que es un área activa de investigación.

Flexionando la litosfera

La litosfera no es totalmente rígida, sino ligeramente elástica. Se flexiona cuando se le colocan o se quitan cargas. Los glaciares de la edad de hielo son un tipo de carga. En la Antártida, por ejemplo, la gruesa capa de hielo ha empujado a la litosfera muy por debajo del nivel del mar en la actualidad. En Canadá y Escandinavia, la litosfera todavía se está desplegando donde los glaciares se derritieron hace unos 10.000 años. A continuación, se muestran algunos otros tipos de carga:

  • Construcción de volcanes
  • Deposición de sedimentos
  • Aumento del nivel del mar
  • Formación de grandes lagos y embalses.

Aquí hay otros ejemplos de descarga:

  • Erosión de las montañas
  • Excavación de cañones y valles
  • Secado de grandes masas de agua.
  • Bajada del nivel del mar

La flexión de la litosfera por estas causas es relativamente pequeña (generalmente mucho menos de un kilómetro [km]), pero medible. Podemos modelar la litosfera usando ingeniería física simple, como si fuera una viga de metal, y tener una idea de su espesor. (Esto se hizo por primera vez a principios de la década de 1900). También podemos estudiar el comportamiento de las ondas sísmicas y colocar la base de la litosfera a profundidades donde estas ondas comienzan a disminuir, lo que indica una roca más blanda.

Estos modelos sugieren que la litosfera varía desde menos de 20 kilómetros de espesor cerca de las dorsales oceánicas hasta aproximadamente 50 km en las antiguas regiones oceánicas. Debajo de los continentes, la litosfera es más gruesa … desde alrededor de 100 hasta 350 km.

Estos mismos estudios muestran que debajo de la litosfera hay una capa más caliente y suave de roca sólida llamada astenosfera. La roca de la astenosfera es viscosa en lugar de rígida y se deforma lentamente bajo tensión, como masilla. Por lo tanto, la litosfera puede moverse a través de la astenosfera bajo las fuerzas de la tectónica de placas. Esto también significa que las fallas sísmicas son grietas que se extienden a través de la litosfera, pero no más allá. 

Estructura de la litosfera

La litosfera incluye la corteza (las rocas de los continentes y el fondo del océano) y la parte superior del manto debajo de la corteza. Estas dos capas son diferentes en mineralogía pero muy similares mecánicamente. En su mayor parte, actúan como un solo plato. Aunque mucha gente se refiere a «placas de la corteza», es más exacto llamarlas placas litosféricas.

Parece que la litosfera termina donde la temperatura alcanza un cierto nivel que hace que la roca del manto promedio ( peridotita ) se vuelva demasiado blanda. Pero hay muchas complicaciones y suposiciones involucradas, y solo podemos decir que la temperatura sería de aproximadamente 600 C a 1200 C. Mucho depende de la presión y de la temperatura, y las rocas varían en composición debido a la mezcla placa-tectónica. Probablemente sea mejor no esperar un límite definitivo. Los investigadores a menudo especifican una litosfera térmica, mecánica o química en sus artículos.

La litosfera oceánica es muy delgada en los centros de expansión donde se forma, pero se vuelve más gruesa con el tiempo. A medida que se enfría, más roca caliente de la astenosfera se congela en su parte inferior. En el transcurso de aproximadamente 10 millones de años, la litosfera oceánica se vuelve más densa que la astenosfera debajo de ella. Por lo tanto, la mayoría de las placas oceánicas están listas para la subducción siempre que suceda.

Doblar y romper la litosfera

Las fuerzas que doblan y rompen la litosfera provienen principalmente de la tectónica de placas.

Donde las placas chocan, la litosfera de una placa se hunde en el manto caliente. En ese proceso de subducción, la placa se dobla hacia abajo hasta 90 grados. A medida que se dobla y se hunde, la litosfera en subducción se agrieta ampliamente, provocando terremotos en la losa de roca descendente. 

En algunos casos (como en el norte de California), la parte subducida puede desprenderse por completo, hundiéndose en las profundidades de la Tierra a medida que las placas sobre ella cambian de orientación. Incluso a grandes profundidades, la litosfera subducida puede ser frágil durante millones de años, siempre que esté relativamente fría.

La litosfera continental se puede dividir, y la parte inferior se rompe y se hunde. Este proceso se llama deslaminación. La parte de la corteza de la litosfera continental es siempre menos densa que la parte del manto, que a su vez es más densa que la astenosfera que se encuentra debajo. La gravedad o las fuerzas de arrastre de la astenosfera pueden separar las capas de la corteza y del manto. 

La delaminación permite que el manto caliente se eleve y produzca derretimiento debajo de partes de un continente, causando un levantamiento generalizado y vulcanismo. Se están estudiando lugares como la Sierra Nevada de California, el este de Turquía y partes de China teniendo en cuenta la delaminación.

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¿Cuál es la densidad del aire en STP?

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densidad del aire

Conclusiones clave: densidad del aire en STP

  • El valor de la densidad del aire en STP ( temperatura y presión estándar ) depende de la definición de STP. La definición de temperatura y presión no es estándar, por lo que el valor depende de a quién consulte.
  • La ISA o atmósfera estándar internacional establece que la densidad del aire es de 1.225 kg / m3 al nivel del mar y 15 grados C.
  • La IUPAC utiliza una densidad de aire de 1.2754 kg / m3 a 0 grados C y 100 kPa para aire seco.
  • La densidad se ve afectada no solo por la temperatura y la presión, sino también por la cantidad de vapor de agua en el aire. Por lo tanto, los valores estándar son solo una aproximación.
  • La ley de los gases ideales se puede utilizar para calcular la densidad. Una vez más, el resultado es solo una aproximación que es más precisa a valores bajos de temperatura y presión. 

La densidad del aire es la masa por unidad de volumen de los gases atmosféricos. Se denota con la letra griega rho, ρ. La densidad del aire, o cuán liviano es, depende de la temperatura y la presión del aire. Normalmente, el valor dado para la densidad del aire está en STP (temperatura y presión estándar).

STP es una atmósfera de presión a 0 grados C. Dado que esta sería una temperatura de congelación al nivel del mar, el aire seco es menos denso que el valor citado la mayor parte del tiempo. Sin embargo, el aire normalmente contiene mucho vapor de agua, lo que lo haría más denso que el valor citado.

La densidad de los valores del aire

La densidad del aire seco es de 1,29 gramos por litro (0,07967 libras por pie cúbico) a 32 grados Fahrenheit (0 grados Celsius) a una presión barométrica promedio al nivel del mar (29,92 pulgadas de mercurio o 760 milímetros).

  • A nivel del mar y a 15 grados C, la densidad del aire es de 1.225 kg / m 3. Este es el valor de la ISA (atmósfera estándar internacional). En otras unidades, esto es 1225.0 g / m 3, 0.0023769 slug / (pies cúbicos) o 0.0765 lb / (pies cúbicos). 
  • El estándar de temperatura y presión de la IUPAC (0 grados C y 100 kPa ), utiliza una densidad de aire seco de 1.2754 kg / m 3. 
  • A 20 grados C y 101,325 kPa, la densidad del aire seco es de 1,2041 kg / m 3.
  • A 70 grados F y 14.696 psi, la densidad del aire seco es 0.074887 lbm / ft 3.

Efecto de la altitud sobre la densidad

La densidad del aire disminuye a medida que gana altura. Por ejemplo, el aire es menos denso en Denver que en Miami. La densidad del aire disminuye a medida que aumenta la temperatura, siempre que se permita que cambie el volumen del gas. Por ejemplo, se esperaría que el aire fuera menos denso en un día caluroso de verano que en un día frío de invierno, siempre que otros factores sigan siendo los mismos. Otro ejemplo de esto sería un globo de aire caliente que se eleva a una atmósfera más fría.

STP frente a NTP

Si bien STP es temperatura y presión estándar, no ocurren muchos procesos medidos cuando está congelando. Para temperaturas ordinarias, otro valor común es NTP, que significa temperatura y presión normales. NTP se define como aire a 20 grados C (293,15 K, 68 grados F) y 1 atm (101,325 kN / m 2 , 101,325 kPa) de presión. La densidad promedio del aire en NTP es 1.204 kg / m 3 (0.075 libras por pie cúbico).

Calcule la densidad del aire

Si necesita calcular la densidad del aire seco, puede aplicar la ley de los gases ideales. Esta ley expresa la densidad en función de la temperatura y la presión. Como todas las leyes de los gases, es una aproximación en lo que respecta a los gases reales, pero es muy buena a presiones y temperaturas bajas (ordinarias). El aumento de temperatura y presión agrega error al cálculo.

La ecuación es:

ρ = p / RT

donde:

  • ρ es la densidad del aire en kg / m 3
  • p es la presión absoluta en Pa
  • T es la temperatura absoluta en K
  • R es la constante de gas específica para aire seco en J / (kg · K) o es 287.058 J / (kg · K).

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