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

Grado 10 ↓


Física térmica


La física térmica es una rama de la física que trata del estudio del calor y la temperatura y su relación con la energía y el trabajo. El calor es una forma de transferencia de energía entre partículas en una sustancia (o sistema) a través de la energía cinética. En esta sección, exploraremos los conceptos principales de la física térmica examinando el comportamiento de las partículas, comprendiendo los principios de transferencia de calor y más.

Temperatura y calor

La temperatura mide qué tan caliente o frío está un objeto. Es una medida promedio de la energía cinética de las partículas en un objeto. Cuando medimos la temperatura, entendemos que temperaturas más altas significan que las partículas se están moviendo más rápido. Las unidades más comunes que usamos para medir la temperatura son Celsius (°C), Fahrenheit (°F) y Kelvin (K).

El calor, por otro lado, es energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. Cuando se añade calor a una sustancia, resulta en un aumento de la energía de movimiento o energía cinética de sus partículas.

Ejemplo visual de temperatura

FríoCaliente

En el diagrama anterior, la barra de la izquierda representa un objeto más frío, donde las partículas se mueven más despacio. La barra de la derecha representa un objeto más caliente, donde las partículas se mueven más rápido.

Equilibrio térmico

Dos objetos están en equilibrio térmico si están a la misma temperatura y no fluye calor entre ellos. Este concepto está gobernado por la ley cero de la termodinámica, que establece que si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, también están en equilibrio térmico entre sí.

Ejemplo de equilibrio térmico

Cuando pones un cubo de hielo en un vaso de agua, con el tiempo el hielo se derrite y toda el agua alcanza la misma temperatura.

Métodos de transferencia de calor

El calor puede transferirse de un cuerpo o sistema a otro de tres formas principales: conducción, convección y radiación.

Conductividad

La conducción es la transferencia de calor a través de una sustancia, sin que la sustancia se mueva. Generalmente ocurre en sólidos, donde las partículas están muy juntas. A medida que las partículas se calientan, vibran más vigorosamente, transfiriendo energía a las partículas vecinas.

Ejemplo de conducción

Imagina una barra metálica colocada sobre un fuego. Con el tiempo, el extremo de la barra que no está en el fuego se vuelve más caliente debido a la conducción.

Convección

La convección es la transferencia de calor por el movimiento de un fluido (líquido o gas). Cuando las partículas en un fluido se calientan, se mueven más rápido y se expanden, haciendo que el fluido sea menos denso y suba. El fluido más frío toma su lugar, creando un patrón de circulación.

Ejemplo de convección

Hervir agua en una olla sobre la estufa es un ejemplo de convección. A medida que el agua en el fondo de la olla se calienta, sube, y el agua más fría desciende al fondo para calentarse.

Radiación

La radiación es la transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. No requiere ningún medio, por lo que el calor puede transferirse a través de un vacío. El calor que proviene del sol llega a la tierra a través de la radiación.

Ejemplo de radiación

Sentir el calor del sol en tu cara es un ejemplo de radiación.

Capacidad calorífica específica

La capacidad calorífica específica es la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius (o un Kelvin). Diferentes sustancias tienen diferentes capacidades caloríficas específicas.

Q = mcΔT
  • Q es energía calorífica (en julios)
  • m es la masa (en kilogramos)
  • c es la capacidad calorífica específica (en J/kg°C o J/kgK)
  • ΔT es el cambio de temperatura (en °C o K)

Cálculo de ejemplo

Si se requieren 4,200 julios de energía para calentar 1 kilogramo de agua de 20°C a 21°C, entonces la capacidad calorífica específica del agua es 4,200 J/kg°C.

Calor latente

El calor latente se refiere al calor necesario para cambiar el estado de una sustancia (como de sólido a líquido o de líquido a gas) sin cambiar su temperatura. Hay dos tipos: calor latente de fusión y calor latente de vaporización.

Calor latente de fusión

Es el calor necesario para convertir un sólido en un líquido en su punto de fusión.

Calor latente de vaporización

Este es el calor necesario para convertir un líquido en un gas en su punto de ebullición.

Q = mL
  • Q es energía calorífica (en julios)
  • m es la masa (en kilogramos)
  • L es el calor latente (en julios/kg)

Relación temperatura-volumen de gases

En física térmica, los gases se analizan a menudo para comprender la relación entre temperatura, presión y volumen. Esto es importante para entender la termodinámica. El comportamiento de un gas ideal puede describirse por la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac, que se combinan en la ley del gas ideal:

PV = nRT
  • P es la presión del gas (en Pa)
  • V es el volumen del gas (en m³)
  • n es la cantidad de gas (en moles)
  • R es la constante universal del gas (8.314 J/mol-K)
  • T es la temperatura (en Kelvin)

Leyes de la Termodinámica

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica es una forma de la ley de conservación de la energía. Establece que la energía no puede crearse ni destruirse en un sistema aislado. El cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor añadido al sistema menos el trabajo realizado por el sistema sobre su entorno.

ΔU = Q - W

donde ΔU es el cambio en la energía interna, Q es el calor añadido al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de cualquier sistema aislado siempre aumenta. La entropía es una medida del desorden o irregularidad en un sistema. En términos simples, las conversiones de energía nunca son 100% eficientes, y siempre se pierde algo de energía en forma de calor.

Tercera ley de la termodinámica

La tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un cristal ideal a cero absoluto es exactamente cero. Cero absoluto es la temperatura más baja donde no hay movimiento de partículas y, por lo tanto, no hay desorden.

Aplicaciones prácticas de la física térmica

La física térmica no es solo teórica, sino que tiene muchas aplicaciones prácticas en la vida real. Desde experiencias cotidianas hasta procesos industriales especiales, la física térmica juega un papel vital.

Ejemplos domésticos

  • Refrigerador: Utiliza el principio de convección y gases refrigerantes para extraer calor desde el interior y disiparlo hacia afuera.
  • Termo: Reduce o detiene la transferencia de calor para mantener líquidos calientes más calientes y líquidos fríos más fríos durante períodos más largos al minimizar la conducción, convección y radiación.

Ejemplos ambientales e industriales

  • Plantas de energía: La mayoría de las plantas de energía funcionan con el principio de convertir energía calorífica en energía mecánica y luego en energía eléctrica.
  • Climatología: Comprender la transferencia de calor es importante en los modelos climáticos que estudian la atmósfera y los océanos de la Tierra.

La física térmica proporciona una base para nuestra comprensión de cómo los sistemas interactúan a través de la transferencia de energía, lo que la convierte en una parte esencial de la educación en física. Al comprender conceptos como temperatura, calor y las leyes de la termodinámica, podemos entender mejor el funcionamiento tanto de los fenómenos naturales como de los avances tecnológicos en nuestro mundo.


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