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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Calor y temperatura


En física térmica, el calor y la temperatura son conceptos fundamentales que describen el comportamiento de la energía y la materia. Estos conceptos nos ayudan a entender cómo se transfiere la energía y cómo afecta al estado y propiedades de las sustancias. Aunque a menudo se usan indistintamente en el lenguaje cotidiano, el calor y la temperatura son cantidades físicas diferentes que tienen significados distintos.

Resistir la temperatura

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en una sustancia. Es una cantidad escalar, lo que significa que tiene magnitud pero no dirección. Cuando decimos que un objeto o sustancia está caliente o frío, generalmente nos referimos a su temperatura.

La temperatura se puede medir usando diferentes escalas. Las escalas más comunes son Celsius, Kelvin y Fahrenheit.

Escala de temperatura

Celsius

La escala Celsius se basa en los puntos de congelación y ebullición del agua a presión atmosférica estándar, que son 0°C y 100°C, respectivamente.

Kelvin

La escala Kelvin es la unidad del SI de temperatura y se usa en contextos científicos. Comienza en el cero absoluto, que es el punto teórico donde las partículas tienen el mínimo movimiento térmico. Las temperaturas en Kelvin se pueden calcular a partir de Celsius de la siguiente manera:

T(K) = T(°C) + 273.15
0 °C / 273.15K 100°C / 373.15K

Fahrenheit

La escala Fahrenheit se usa principalmente en los Estados Unidos. El punto de congelación del agua es 32°F, y el punto de ebullición es 212°F. La conversión entre Celsius y Fahrenheit se da de la siguiente manera:

T(°F) = T(°C) × 9/5 + 32
32°F 212°F

Entendiendo el calor

El calor es una forma de energía que se transfiere entre sistemas u objetos con diferentes temperaturas. A diferencia de la temperatura, el calor no es una propiedad de un objeto o sistema, sino un proceso de transferencia de energía. El calor fluye de un objeto más caliente a uno más frío y puede causar un cambio en la temperatura o el estado de las sustancias involucradas.

Transferencia de calor

Hay tres modos principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

Conductividad

La conducción es la transferencia de calor a través del contacto directo entre las moléculas de una sustancia. Ocurre principalmente en sólidos. Un ejemplo es una varilla de metal que se calienta en un extremo, causando que el calor fluya hacia el otro extremo.

flujo de calor por conducción

Convección

La convección es la transferencia de calor por el movimiento de un fluido (líquido o gas). Ocurre cuando áreas más calientes de un líquido o gas se mueven hacia áreas más frías del fluido. Un ejemplo de esto es el agua hirviendo, donde el agua más caliente del fondo sube a la superficie.

corrientes de convección en agua

Radiación

La radiación es la transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. No necesita un medio para viajar, por lo que puede ocurrir en el vacío. La transferencia de calor del Sol a la Tierra es un ejemplo de radiación.

calor por radiación

Relación entre el calor y la temperatura

Aunque el calor y la temperatura están relacionados, no son lo mismo. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas, mientras que el calor es la energía total transferida como resultado de una diferencia de temperatura. La transferencia de calor puede cambiar la temperatura de un objeto, pero la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura depende de varios factores, incluyendo la masa de la sustancia y su capacidad calorífica específica.

Capacidad calorífica específica

La capacidad calorífica específica es la cantidad de calor requerida para cambiar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius. Es una propiedad intrínseca que varía con diferentes materiales. La fórmula para el calor añadido o eliminado es:

Q = m × c × ΔT

Donde:

  • Q es el calor transferido (en julios).
  • m es la masa de la sustancia (en kilogramos).
  • c es la capacidad calorífica específica de la sustancia (en julios/kg°C).
  • ΔT es el cambio de temperatura (en Celsius).

Ejemplo

Consideremos un ejemplo para ilustrar esta relación. Si tienes un recipiente de agua y una varilla de metal, ambos a temperatura ambiente, y proporcionas la misma cantidad de calor a ambos, la temperatura del agua aumentará menos que la del metal. Esto se debe a que el agua tiene una capacidad calorífica específica mayor que el metal, lo que significa que requiere más calor para elevar su temperatura.

Imagina otro escenario: tienes un trozo de hielo a 0°C que calientas encendiendo la estufa. Inicialmente, todo el calor se destina a derretir el hielo sin cambiar su temperatura, lo que muestra que la transferencia de energía no siempre es el resultado de un cambio de temperatura.

Aplicaciones prácticas

Entender el calor y la temperatura es importante en muchos campos, como la cocina, la construcción, la tecnología climática, e incluso en el diseño de aparatos cotidianos.

Cocina

Cocinar implica transferir calor a los alimentos para cambiar su temperatura y estado. Por ejemplo, conocer la capacidad calorífica específica del agua ayuda a entender cuánta energía se necesita para hervirla o enfriarla.

Construcción y edificación

Los materiales de construcción se seleccionan en función de sus propiedades térmicas. Se utilizan materiales de aislamiento para reducir la pérdida o ganancia de calor, mejorando la eficiencia energética y el confort en los edificios.

Clima y tiempo

La climatología a menudo implica el estudio de cómo el calor del sol se transfiere a través de la atmósfera y los océanos de la Tierra, lo que influye en los patrones climáticos y el cambio climático.

Tecnología y equipos

La gestión térmica en electrónica, como teléfonos y computadoras, es crucial para mantener el rendimiento y asegurar la longevidad. Los dispositivos se diseñan para disipar el calor de manera eficiente, reduciendo el sobrecalentamiento y posibles daños.

Conclusión

En conclusión, el calor y la temperatura son conceptos fundamentales para entender cómo se transfiere y se utiliza la energía en diversos materiales y procesos. La temperatura representa la energía promedio del movimiento de las partículas en una sustancia, mientras que el calor describe la energía transferida entre objetos debido a diferencias de temperatura. Comprender estas ideas proporciona conocimientos esenciales sobre el mundo físico, que impactan en una variedad de aplicaciones científicas, industriales y de la vida cotidiana.


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