Carga y descarga de un tubo-capilar
En la página anterior, hemos visto como se descarga un tubo-capilar, lo que es análogo a la descarga de un condensador a través de una resistencia. La carga del condensador la simularemos empleando un frasco de Mariotte y un tubo-capilar.
- Se llena el frasco de Mariotte de fluido y se descarga en el tubo-capilar, inicialmente vacío.
- Se mide la altura de la columna de fluido en el tubo-capilar en función del tiempo.
Descripción
El frasco de Mariotte nos suministra fluido con gasto constante. Esto se consigue, introduciendo un tubo de vidrio a través del corcho que tapona perfectamente la boca superior del depósito, de modo que el aire sea vea obligado a circular por el tubo de vidrio a medida que sale el fluido por el orificio inferior. La distancia d entre el extremo inferior del tubo y el orificio inferior regula el gasto.
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Entra fluido en el tubo-capilar proveniente del
frasco de Mariotte y sale a través del capilar.
Sea G el gasto del frasco de Mariotte, entonces, Z=G/S es la velocidad con que se incrementa la altura de fluido en el tubo-capilar, siendo S la sección del tubo. Por otra parte, la velocidad con que disminuye la altura de fluido es -λ h debido a que el fluido sale por el capilar. La variación de la altura h de la columna de fluido vendrá dada por la siguiente ecuación. |
Integrando esta ecuación con la condición inicial de que h=0, en el instante t=0, obtenemos
La altura crece hasta alcanzar un valor máximo constante hmáx=Z/λ cuando
Fenómenos físicos análogos
2.-Proceso de desintegración radioactiva cuando las partículas que se desintegran se producen a razón constante.
Para producir núcleos de una sustancia radioactiva se coloca una muestra de una sustancia dada en el interior de un reactor nuclear. Los núcleos radioactivos se producen como consecuencia de la captura de un neutrón por los núcleos de dicha sustancia. Por ejemplo, cuando bombardeamos 59Co con neutrones, obtenemos 60Co que es radioactivo b con una vida media de 5.27 años. Otro método para obtener núcleos radioactivos, consiste en bombardear la sustancia con partículas cargadas, tales como protones o deuterones, usando aceleradores de partículas. En ambos casos, los núcleos radioactivos se producen a razón de Z núcleos por segundo.
Variables físicas análogas
| Fluidos | Electricidad | Radioactividad |
| Z, altura/unidad de tiempo, incremento de al altura de la columna de fluido aportado por el frasco de Mariotte | Vε /R , carga/unidad de tiempo o intensidad de la corriente aportada por la pila | Z, nº de partículas/ unidad de tiempo producidas por el reactor |
| -λ h, altura/unidad de tiempo, que disminuye la columna de fluido, al salir por el capilar | -q/RC, carga/unidad de tiempo que sale del condensador | -λ N, nº de partículas que se desintegran en la unidad de tiempo |
| Z/λ , máxima altura que alcanza el fluido en el tubo. | Vε C, carga máxima del condensador | Z/λ , nº máximo de partículas radioactivas. |
Actividades
Se introduce
- la longitud del tubo-capilar en cm, actuando en la barra de desplazamiento titulada Longitud capilar.
Se pulsa el botón titulado Nuevo.
Se regula la distancia entre el extremo inferior del tubo y el orificio de salida del frasco de Mariotte arrastrando con el puntero del ratón la flecha de color rojo. Cuanto mayor sea la distancia mayor es la cantidad de fluido que sale en la unidad de tiempo.
Se pulsa el botón titulado Empieza.
A medida que sale fluido por el orificio practicado en el fondo del frasco de Mariotte, su altura disminuye. Cuando queda al descubierto el extremo inferior del tubo, la velocidad de salida del fluido deja de ser constante, el llenado del tubo-capilar se interrumpe y un mensaje nos lo notifica en la parte superior del applet.
En la parte derecha del applet, se representa la altura de la columna de fluido en función del tiempo. Al cabo de un cierto tiempo (teóricamente infinito) se alcanza la altura máxima, el volumen de fluido por unidad de tiempo aportado por el frasco de Mariotte es igual al volumen de fluido por unidad de tiempo que sale por el capilar, estamos en el estado estacionario.
Se arrastra con el puntero del ratón la flecha de color rojo
Referencias
Franco A. Analogías Físicas (Mecánica, Electricidad, Fluidos) . Documentación E.I. (Enseñanzas Integradas). Vol 6 (3),1982, págs. 63-69.