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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La Segunda Ley y la Entropía


La segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía son ideas fundamentales en la física térmica que investigan la dirección de la transferencia de energía y la eficiencia de la transformación en nuestro universo. Estas ideas nos ayudan a entender por qué algunos procesos ocurren naturalmente mientras que otros no, lo que a su vez define las reglas seguidas por los sistemas energéticos.

Comprendiendo la Segunda Ley de la Termodinámica

La segunda ley de la termodinámica puede expresarse de diversas maneras, pero la ley más simple es: "La energía tiende a dispersarse espontáneamente si no se le impide hacerlo." En otras palabras, la energía tiende a difundirse, fluyendo de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración, hasta que se distribuye uniformemente.

Ejemplo de la Segunda Ley

Considere una taza de café caliente dejada en una habitación. Con el tiempo, la energía térmica del café se transferirá al aire más frío de la habitación hasta que alcancen el equilibrio térmico. Este proceso es irreversible, lo que muestra que la energía se disipa y es consistente con la segunda ley de la termodinámica.

Café Caliente Habitación Fría Flujo de calor

Reversibilidad e Irreversibilidad

Los procesos en la naturaleza siguen la ley del aumento de la entropía por lo que todos los procesos reales son irreversibles. Un proceso es reversible solo si puede devolver tanto al sistema como al entorno circundante a su estado original. De hecho, no existe un proceso completamente reversible.

Procesos reversibles: un concepto idealizado

Imagínese un péndulo sin fricción balanceándose de un lado a otro continuamente sin perder energía. Este es un proceso reversible ideal, que nunca sucede en la práctica debido a pérdidas de energía como la resistencia del aire y la fricción interna.

Procesos irreversibles: el mundo real

Si unimos el mismo péndulo a una rueda de bicicleta, se detendrá gradualmente debido a la fricción. Este es un proceso irreversible que refleja perfectamente la segunda ley de la termodinámica, donde parte de la energía siempre se convierte en calor, aumentando la entropía del sistema.

choque

Entropía: una medida del desorden

La entropía es una propiedad que mide la cantidad de desorden o aleatoriedad en un sistema. Proporciona una descripción estadística del comportamiento termodinámico a través del grado de desorden.

Fórmula de la entropía

ΔS = Q/T

donde ΔS es el cambio en la entropía, Q es el calor añadido al sistema, y T es la temperatura en Kelvin. A medida que la entropía aumenta, también lo hace el desorden, lo que hace que esto sea consistente con la tendencia natural hacia un aumento de entropía.

Ejemplo de aumento de entropía

Suponga que tiene una baraja de cartas perfectamente ordenada. A medida que las mezcla, el orden disminuye y la entropía de la baraja de cartas aumenta. De manera similar, considere mezclar agua caliente y fría. La temperatura final del agua alcanza el equilibrio, y la entropía aumenta a medida que se maximiza el desorden de las moléculas de agua.

Cartas Barajadas

Implicaciones de la Segunda Ley y la Entropía

La segunda ley tiene implicaciones de largo alcance para la vida cotidiana y los procesos industriales. Explica por qué los motores no pueden ser 100% eficientes debido a la inevitable producción de entropía. El universo mismo corre hacia la entropía máxima, y esto explica la dirección del tiempo a medida que avanza.

Motores térmicos y eficiencia

Los motores térmicos funcionan tomando calor de una fuente de alta temperatura, convirtiendo una parte de él en trabajo, y liberando el calor residual en un depósito más frío. Según la segunda ley, ningún motor térmico puede ser perfectamente eficiente porque algo de energía siempre se pierde como calor residual.

Eficiencia = 1 - Qc/Qh

donde Qc es el calor expulsado al depósito frío y Qh es el calor absorbido de la fuente caliente.

Entropía y la flecha del tiempo

El concepto de entropía otorga una flecha al tiempo termodinámico. A medida que la entropía aumenta, le da dirección al tiempo, separando el pasado del futuro. Por lo tanto, en un mundo con entropía en constante aumento, la dirección consiste en que los fenómenos naturales se muevan hacia un estado de mayor entropía.

Aplicaciones prácticas en química

En las reacciones químicas, la segunda ley determina la espontaneidad de las reacciones. Si una reacción conduce a un aumento de la entropía del universo, entonces ocurre espontáneamente. Esto es necesario para predecir los resultados de una reacción y para determinar las condiciones bajo las cuales avanzan las reacciones.

Observaciones del mundo real

Las observaciones del aumento de la entropía se pueden ver en el hielo derritiéndose en agua, el azúcar disolviéndose en té e incluso en sistemas sociales que tienden hacia el caos sin un mantenimiento regular o una entrada de energía estructurada.

Ejemplo de la vida cotidiana

Piense en una habitación que está limpia y ordenada. Con el tiempo, a menos que se realicen esfuerzos constantes para mantener el orden, los objetos se moverán de su lugar, y la habitación se volverá desordenada o sucia. Este aumento de la entropía en contextos sociales es paralelo a las leyes físicas descritas.

Conclusión

La segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía proporcionan ideas profundas sobre la naturaleza de nuestro mundo físico. Explican la dirección de las transformaciones de energía y la inevitable tendencia hacia el desorden. Comprender estas ideas no solo nos ayuda a entender los procesos físicos, sino que también arroja luz sobre sistemas más amplios observados en la naturaleza y la sociedad.


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La Segunda Ley y la Entropía

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