Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Punto de ebullición y punto de fusión


En la física térmica, entender los conceptos de punto de ebullición y punto de fusión es fundamental para comprender cómo las sustancias transitan entre diferentes estados de la materia. Al explorar estos conceptos, nos sumergimos en las propiedades térmicas de la materia, que son importantes para una variedad de aplicaciones en la vida diaria, la ciencia y la industria.

Introducción a las propiedades térmicas

La materia existe en diferentes estados: sólido, líquido y gas. Estos estados están determinados por las condiciones de temperatura y presión. Las propiedades térmicas de la materia son las principales características que determinan cómo una sustancia reacciona a los cambios de calor. Los dos conceptos importantes en los que nos enfocamos aquí son: el punto de ebullición y el punto de fusión de las sustancias.

Entendiendo los estados de la materia

Comencemos hablando brevemente de los tres estados de la materia:

  • Sólido: Las moléculas están fuertemente empaquetadas en un arreglo definido, lo que le da al sólido una forma y volumen definidos.
  • Líquidos: Las moléculas están juntas, pero pueden moverse libremente, permitiendo que los líquidos tomen la forma de su contenedor, y su volumen permanece constante.
  • Gas: Las moléculas están muy separadas y se mueven libremente, permitiendo que los gases llenen cualquier forma o volumen.

Punto de fusión

El punto de fusión es la temperatura a la cual un sólido se convierte en líquido. En el punto de fusión, las fases sólida y líquida de una sustancia coexisten en equilibrio. La fusión es un cambio físico importante que ocurre cuando se aplica suficiente calor para vencer las fuerzas que mantienen las partículas en la estructura sólida.

Proceso de fusión

A medida que aumentamos la temperatura de una sustancia sólida, sus partículas vibran con mayor energía. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión, estas vibraciones son tan energéticas que rompen las posiciones fijas de las partículas en la estructura sólida, causando que se convierta en un líquido. La temperatura a la cual esto ocurre es el punto de fusión específico de la sustancia. Por ejemplo:

Agua (H2O): Punto de fusión = 0°C o 32°F

Sustancias comunes y sus puntos de fusión:

SustanciaPunto de fusión (°C)
Hielo (agua)0
Hierro1538
Oro1064
Cobre1085

Factores que afectan el punto de fusión

El punto de fusión no es un número fijo y puede verse afectado por diversos factores:

  1. Impurezas: Añadir impurezas a una sustancia puede reducir su punto de fusión. Esto se llama depresión del punto de fusión. Por ejemplo, añadir sal a la nieve reduce el punto de fusión de la nieve, razón por la cual se utiliza para derretir el hielo en las carreteras.
  2. Presión: Para la mayoría de las sustancias, aumentar la presión tiene poco efecto sobre el punto de fusión. Sin embargo, en algunos casos, como el hielo, aumentar la presión puede reducir el punto de fusión. 
    Relación de Clausius-Clapeyron: dp/dT = L / (T(Vm,l - Vm,s))
    Donde:
    • dp/dT es el cambio de presión con temperatura
    • L es el calor latente
    • T es la temperatura
    • Vm,l y Vm,s son los volúmenes molares de líquido y sólido, respectivamente

Punto de ebullición

El punto de ebullición es la temperatura a la cual un líquido se convierte en gas. En este punto, la presión de vapor del líquido es igual a la presión atmosférica que lo rodea, haciendo que el líquido forme burbujas de vapor y se convierta en fase gaseosa.

Proceso de ebullición

Cuando se aplica calor a un líquido, sus partículas ganan energía y se mueven más rápido. Cuando las partículas tienen suficiente energía para superar la presión atmosférica y formar burbujas, el líquido alcanza su punto de ebullición. Por ejemplo:

Agua (H2O): Punto de ebullición = 100°C o 212°F a 1 atmósfera de presión

Sustancias comunes y sus puntos de ebullición:

SustanciaPunto de ebullición (°C)
Agua100
Hierro2862
Oro2856
Cobre2562

Factores que afectan el punto de ebullición

Varios factores pueden afectar el punto de ebullición de un líquido:

  1. Presión: El punto de ebullición de un líquido disminuye cuando la presión externa es baja. Por eso el agua hierve a una temperatura más baja en altitudes elevadas debido a la menor presión atmosférica.
  2. Impurezas: La presencia de impurezas como la sal puede aumentar el punto de ebullición de un líquido. Esto se conoce como elevación del punto de ebullición. 
    Fórmula de elevación del punto de ebullición: ΔTb = iKbm
    Donde:
    • ΔTb es la elevación del punto de ebullición
    • i es el factor de van 't Hoff
    • Kb es la constante ebulloscópica
    • m es la molalidad de la solución

Comparación entre punto de ebullición y punto de fusión

Tanto el punto de ebullición como el punto de fusión son propiedades intrínsecas de las sustancias que representan transiciones entre estados de la materia.

  • El punto de fusión indica el cambio de sólido a líquido.
  • El punto de ebullición indica la transición de líquido a gas.

Ambos puntos se ven afectados por cambios en la presión y la presencia de impurezas. Sin embargo, es importante señalar que el papel de la presión es más pronunciado en los puntos de ebullición que en los puntos de fusión.

Diagrama de fases

Para entender mejor las transiciones entre diferentes estados de la materia, los diagramas de fases son herramientas invaluables. Estos diagramas representan situaciones en las que diferentes fases existen y coexisten en equilibrio.

Considera un diagrama de fases simple para el agua:

Temperatura Presión Sólido Líquido Gas Punto Triple

Ejemplo práctico

Consideremos algunos ejemplos reales para entender la aplicación del punto de ebullición y punto de fusión:

Escena de la cocina

Cuando estás cocinando pasta, necesitas hervir el agua para que la pasta se cocine adecuadamente. A nivel del mar, el agua hierve a 100°C (212°F). Sin embargo, si estás cocinando pasta en una ciudad de gran altitud como Denver, el punto de ebullición será menor debido a la menor presión atmosférica.

Aplicaciones industriales

En la industria, el control de los puntos de ebullición y fusión es muy importante. Por ejemplo, el petróleo crudo necesita hervir a diferentes temperaturas para separar sus componentes con el fin de refinarlo.

Metalurgia

En la producción de metales, es importante conocer el punto de fusión de los diversos componentes. Al fabricar acero, se funde hierro (punto de fusión 1538°C) y se mezcla con otros elementos para producir varios grados de acero.

Conclusión

Comprender el punto de ebullición y el punto de fusión de las sustancias es esencial ya que afecta a diversas áreas, desde cocinar en la vida diaria, hasta investigaciones científicas de alto nivel y procesos industriales. Al estudiar estas propiedades térmicas, podemos entender mejor los principios subyacentes que gobiernan los cambios de estado de la materia. Estos principios subrayan la importancia de la física térmica al explicar fenómenos naturales y desarrollar soluciones tecnológicas.


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Punto de ebullición y punto de fusión

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