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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Capacidad calorífica específica y calorimetría


Comprender los conceptos de capacidad calorífica específica y calorimetría es fundamental en la física térmica. Estos conceptos nos ayudan a entender cómo las sustancias absorben y liberan calor. Esta guía discutirá estos temas en detalle, proporcionando tanto información teórica como ejemplos prácticos.

¿Qué es el calor?

El calor es una forma de energía que fluye de un objeto más caliente a uno más frío. Se mide en julios (J) y está relacionado con la energía cinética total de las partículas en una sustancia. Cuando un objeto absorbe calor, sus partículas vibran y se mueven más rápido, causando un aumento en la temperatura del objeto. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en una sustancia.

Capacidad calorífica específica

Capacidad calorífica específica es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de una sustancia en un grado Celsius. Se representa por el símbolo c y se mide en julios por kilogramo por grado Celsius (J/kg°C).

La fórmula para calcular la capacidad calorífica específica es:

c = Q / (m * ΔT)

Donde:

  • c es la capacidad calorífica específica.
  • Q es la cantidad de energía térmica agregada o eliminada (en julios).
  • m es la masa de la sustancia (en kilogramos).
  • ΔT es el cambio en temperatura (en grados Celsius).

Ejemplo:

Imagina que tienes un bloque de aluminio de 2 kilogramos y le impartes 1800 julios de energía térmica. Si la temperatura del bloque aumenta en 5°C, ¿cuál es la capacidad calorífica específica del aluminio?

Dado: Q = 1800 J m = 2 kg ΔT = 5°C c = Q / (m * ΔT) c = 1800 / (2 * 5) c = 180 J/kg°C

La capacidad calorífica específica del aluminio es 180 J/kg°C.

Ejemplo visual:

Bloque de Aluminio Masa = 2 kg ΔT = 5°C

Factores que afectan la capacidad calorífica específica

La capacidad calorífica específica se ve afectada por los siguientes factores:

  • Tipo de material: Diferentes materiales requieren diferentes cantidades de energía para cambiar de temperatura.
  • Estado de la materia: La capacidad calorífica específica de sólidos, líquidos y gases difiere debido a la separación entre sus moléculas.

Calorimetría

Calorimetría es la ciencia de medir la cantidad de calor transferido en una reacción química o cambio de estado. Implica el uso de un recipiente especial llamado calorímetro para medir el flujo de calor con mínima interferencia del entorno circundante.

Principio de la calorimetría

El principio detrás de la calorimetría es que el calor perdido por un objeto caliente es igual al calor ganado por un objeto frío, siempre que no haya pérdida al entorno:

Q_perdido = Q_ganado

En un experimento de calorimetría, si un objeto caliente se coloca en agua fría, el calor perdido por el objeto es igual al calor ganado por el agua:

m_caliente * c_caliente * ΔT_caliente = m_frío * c_frío * ΔT_frío

Ejemplo:

Supongamos que una pieza de metal de masa 0.5 kg se calienta a 100°C y luego se sumerge en 1 kg de agua a 20°C. Si la temperatura final del sistema agua-metal es 25°C, encuentre la capacidad calorífica específica del metal. Suponga que no hay pérdida de calor al medio ambiente.

Calor perdido por el metal = Calor ganado por el agua m_metal * c_metal * (T_inicial - T_final) = m_agua * c_agua * (T_final - T_inicial) 0.5 * c_metal * (100 - 25) = 1 * 4.18 * (25 - 20) 37.5 * c_metal = 20.9 c_metal = 20.9 / 37.5 c_metal ≈ 0.56 J/g°C

Ejemplo visual:

Metal agua en el calorímetro

Medición de transferencia de calor

Para medir la transferencia de calor en la calorimetría, puede ser necesario considerar la capacidad calorífica del calorímetro. Si la capacidad calorífica del calorímetro es C, entonces cualquier experimento seguirá este principio:

Q_sistema = Q_agua + Q_calorímetro

donde Q_calorímetro representa el calor absorbido o liberado por el calorímetro.

Aplicaciones de la calorimetría

La calorimetría se utiliza en muchos campos, incluyendo la química, la biología y la ingeniería. Algunas aplicaciones incluyen:

  • Determinación de la capacidad calorífica: Como se muestra en los ejemplos, la calorimetría se puede utilizar para determinar la capacidad calorífica específica de sustancias desconocidas.
  • Medición del calor de reacción: Ayuda a determinar el cambio de entalpía en las reacciones químicas.
  • Industria alimentaria: Se utiliza para evaluar el contenido energético en los alimentos midiendo el calor emitido durante la combustión.

Comprensión del equilibrio térmico

Cuando dos objetos están en contacto y alcanzan la misma temperatura, logran el equilibrio térmico. Este concepto es importante en la calorimetría, porque se asume que cuando se logra el equilibrio, no se transfiere calor entre los objetos.

La importancia de las mediciones precisas

En los experimentos de calorimetría, la precisión de las mediciones es crucial. Mediciones inexactas de masa, temperatura o capacidad calorífica pueden llevar a cálculos y conclusiones incorrectas. Esto resalta la importancia de utilizar instrumentos y métodos precisos.

En general, la capacidad calorífica específica y la calorimetría son conceptos importantes para entender cómo se absorbe, transfiere y conserva el calor en diversos materiales y sistemas. Al aplicar estos conceptos, obtenemos información sobre las propiedades térmicas de las sustancias, lo que nos ayuda a desarrollar tecnología, crear nuevos materiales y comprender mejor los procesos naturales.


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Capacidad calorífica específica y calorimetría

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