Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Propiedades termométricas y escala de temperatura


Para entender el calor y la temperatura en la física térmica, primero necesitamos explorar algunos conceptos básicos, incluyendo las propiedades termométricas y las escalas de temperatura. Estos conceptos nos ayudan a medir la temperatura, que es uno de los parámetros esenciales en la física térmica y la vida diaria.

¿Cuáles son las propiedades del termómetro?

Las propiedades termométricas son propiedades físicas de las sustancias que cambian de manera predecible con un cambio en la temperatura. Usando estas propiedades, podemos medir la temperatura con precisión. Varias propiedades termométricas se utilizan en el diseño de termómetros:

  • Volumen o longitud: En un termómetro de líquido en vidrio, el volumen del líquido (generalmente mercurio o alcohol) cambia con la temperatura.
  • Resistencia eléctrica: Metales como el platino tienen una resistencia que cambia con la temperatura, lo cual se utiliza en termómetros de resistencia.
  • Voltaje: Los termopares generan voltaje cuando se conectan dos metales diferentes y hay una diferencia en sus temperaturas.
  • Presión: La presión de un gas a volumen constante cambia con la temperatura, lo cual se utiliza en termómetros de gas.

Expansión de volumen o longitud: Un ejemplo simple

Imagina un termómetro de mercurio. Aquí, el líquido (mercurio) se expande a medida que aumenta la temperatura y se contrae al enfriarse. Supón que tienes un simple tubo de vidrio lleno de mercurio:

    | | |______________|

A medida que la temperatura aumenta, el mercurio se expande:

    | | |______________|  / __________/

Esta expansión prevista se calibra en una escala para medir la temperatura con precisión.

Escala de temperatura normal

Para expresar la temperatura, usamos diferentes escalas de temperatura. Cada escala proporciona un sistema de paralelismos que son numéricamente diferentes y se basan en puntos fijos. Las escalas de temperatura más comunes son Celsius, Fahrenheit y Kelvin.

Escala Celsius

La escala Celsius se utiliza ampliamente en todo el mundo, especialmente en contextos científicos. Se basa en el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua a presión atmosférica estándar. En la escala Celsius:

  • 0 grados Celsius (°C) es el punto de fusión del hielo.
  • 100 grados Celsius (°C) es el punto de ebullición del agua.

El intervalo entre estos dos puntos se divide en 100 partes iguales, aumentando en 1°C por parte. Aquí hay una representación visual simple:

    0°C |-----|-----|-----|---- ... ----|-----|-----| 100°C

El Celsius es práctico debido a su relación directa con los puntos de cambio de fase del agua, lo que lo hace intuitivo en muchos escenarios del mundo real.

Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit se utiliza principalmente en los Estados Unidos. Su calibración es más compleja que la del Celsius:

  • 32 grados Fahrenheit (°F) es el punto de fusión del hielo.
  • 212 grados Fahrenheit (°F) es el punto de ebullición del agua.

El intervalo entre estos puntos se divide en 180 partes iguales, lo que resulta en que cada grado en esta escala sea más pequeño que en Celsius. Aquí hay un ejemplo:

    32°F |-----|-----|-----|---- ... ----|-----|-----| 212°F

La siguiente fórmula se utiliza para convertir la temperatura de Celsius a Fahrenheit:

    °F = (°C × 9/5) + 32

Y para convertir Fahrenheit a Celsius:

    °C = (°F - 32) × 5/9

Escala Kelvin

La escala Kelvin es la unidad estándar de temperatura en mediciones científicas, porque comienza en el cero absoluto, la temperatura más baja teóricamente posible donde el movimiento de las partículas se detiene teóricamente. No hay números negativos en esta escala, lo que simplifica muchos cálculos científicos.

En esta escala:

  • 0 Kelvin (K) es el cero absoluto.
  • 273.15 K es el punto de congelación del agua.
  • 373.15 K es el punto de ebullición del agua.

La fórmula para convertir Celsius a Kelvin es:

    K = °C + 273.15

La conversión de Kelvin a Celsius se realiza usando la siguiente fórmula:

    °C = K - 273.15

Instrumentos de medición

Diferentes termómetros están diseñados en base a propiedades termométricas específicas, y estos instrumentos están calibrados para cumplir con diferentes escalas. Veamos los tipos comúnmente utilizados de termómetros:

Termómetro de líquido en vidrio

Estos termómetros son de los más simples. La expansión de un líquido, generalmente mercurio o alcohol, en un tubo estrecho de vidrio corresponde a un cambio de temperatura. Debido a su simplicidad, son los más comúnmente usados en aplicaciones domésticas y de campo.

Termómetro de gas

Los termómetros de gas varían la presión basada en cambios de temperatura mientras mantienen un volumen constante. Son extremadamente precisos y se utilizan principalmente para mediciones precisas en laboratorios.

Termómetro de resistencia

Usando metales como el platino, el funcionamiento de un termómetro de resistencia eléctrica se basa en el cambio de resistencia del metal con la temperatura. Su precisión lo hace popular en aplicaciones industriales.

Termopares

Estos sensores de temperatura se basan en el voltaje generado por dos metales disímiles conectados en un extremo, en relación con la diferencia de temperatura en el otro extremo. Debido a su amplio rango de temperatura y rápido tiempo de respuesta, son beneficiosos en una variedad de campos.

Conclusión

Entender las propiedades termométricas y las escalas de temperatura es importante para estudiar el calor y la temperatura en la física térmica. Estos principios no solo nos ayudan a medir la temperatura, sino que también conectan varios conceptos científicos, proporcionándonos información valiosa sobre los fenómenos dependientes de la temperatura en la naturaleza y la industria.

Al aprender cómo diferentes materiales y dispositivos logran estas mediciones, estamos mejor equipados para aplicar conceptos térmicos en contextos prácticos y teóricos.


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