Grado 9
  1. Mechanics  1.1. Movimiento  1.1.1. Tipos de movimiento  1.1.2. Distancia y desplazamiento  1.1.3. Velocidad y Rapidez  1.1.4. Aceleración  1.1.5. Representación gráfica del movimiento  1.1.6. Ecuaciones de movimiento  1.1.7. Movimiento uniforme y no uniforme  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Velocidad relativa  1.1.10. Movimiento circular  1.2. Leyes de la fuerza y el movimiento  1.2.1. El concepto de fuerza  1.2.2. La primera ley del movimiento de Newton  1.2.3. Segunda ley del movimiento de Newton  1.2.4. Tercera ley del movimiento de Newton  1.2.5. Inercia y tipos de inercia  1.2.6. Movimiento  1.2.7. Conservación del momento  1.2.8. Aplicación de las leyes de Newton en la vida diaria  1.2.9. Tipos de Fuerzas (Contacto y No Contacto)  1.2.10. Fricción y sus efectos  1.3. Fuerza gravitacional  1.3.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.3.2. Importancia de la Fuerza Gravitacional  1.3.3. Aceleración debido a la gravedad  1.3.4. Caída libre e ingravidez  1.3.5. Masa y peso  1.3.6. Variación de g con altura y profundidad  1.3.7. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.3.8. Satélites y sus órbitas  1.4. Trabajo, Energía y Potencia  1.4.1. Concepto de trabajo  1.4.2. Acciones positivas y negativas  1.4.3. Trabajo realizado por fuerza constante y variable  1.4.4. Energía y sus formas  1.4.5. Energía cinética y energía potencial  1.4.6. La ley de conservación de la energía  1.4.8. Unidad comercial de energía  1.4.9. Teorema trabajo-energía  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Ventaja mecánica  1.5.3. Eficiencia de la máquina  1.5.4. Palancas y sus tipos  1.5.5. Poleas y planos inclinados  1.5.6. Engranajes y sus usos
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólidos, líquidos y gases  2.1.2. Propiedades de los diferentes estados de la materia  2.1.3. Cambio en el estado de la materia  2.1.4. Plasma y condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidad y presión  2.2.1. Concepto de densidad y densidad relativa  2.2.2. Presión en sólidos, líquidos y gases  2.2.3. La ley de Pascal y sus aplicaciones  2.2.4. Presión atmosférica y sus variaciones  2.2.5. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  2.3.1. Fuerza de flotación  2.3.2. Principio de Arquímedes  2.3.3. Aplicaciones del Principio de Arquímedes  2.3.4. objetos que flotan y se hunden  2.3.5. Teoría de la Flotación y el Principio de Arquímedes
  3. Calor y Termodinámica  3.1. Temperatura y calor  3.1.1. Concepto de calor y temperatura  3.1.2. Medición de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conducción del calor  3.2.2. Convección del calor  3.2.3. Radiación de calor  3.2.4. Aplicaciones de la transferencia de calor  3.2.5. Conductividad térmica  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Expansión de sólidos, líquidos y gases  3.3.2. Expansión anómala del agua  3.3.3. Aplicaciones de la expansión térmica  3.4. Capacidad calorífica específica y calor latente  3.4.1. Concepto de capacidad calorífica específica  3.4.2. Medición y aplicaciones del calor específico  3.4.3. Calor latente de fusión y vaporización  3.4.4. Motores de calor y eficiencia
  4. Ondas y sonido  4.1. Ondas y sus tipos  4.1.1. Ondas mecánicas y electromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinales y Transversales  4.1.3. Propiedades de las ondas  4.1.4. Longitud de onda, frecuencia y velocidad de la onda  4.1.5. Superposición de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Naturaleza y transmisión del sonido  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Reflexión del sonido y eco  4.2.4. Sonar y ultrasonido  4.2.5. Resonancia y pulsación  4.3. Características del sonido  4.3.1. Intensidad, volumen y calidad del sonido  4.3.2. Efecto Doppler en el sonido
  5. Iluminación y Óptica  5.1. Reflexión de la luz  5.1.1. Leyes de la reflexión  5.1.2. Reflexión desde un espejo plano  5.1.3. Reflexión en un espejo esférico  5.1.4. Formación de imágenes por espejos cóncavos y convexos  5.1.5. Aplicaciones de la Reflexión  5.2. Refracción de la luz  5.2.1. Leyes de la refracción  5.2.2. Índice de refracción  5.2.3. Refracción a través de una lámina de vidrio  5.2.4. Refracción en el agua y el aire  5.2.5. Lentes y sus tipos  5.2.6. Formación de imágenes por lentes convexas y cóncavas  5.2.7. Reflexión interna total y sus aplicaciones  5.3. Dispersión y dispersión de la luz  5.3.1. Espectro de la luz blanca  5.3.2. Prismas y Dispersión  5.3.3. Efecto Tyndall y cielo azul
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Carga eléctrica y electricidad estática  6.1.1. El concepto de carga eléctrica  6.1.2. Carga por fricción, contacto e inducción  6.1.3. Electroscopio y su funcionamiento  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. El concepto de corriente eléctrica  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Factores que afectan la resistencia  6.2.4. Circuitos en Serie y Paralelo  6.2.5. Heating effect of electric current  6.2.6. Potencia y energía eléctricas  6.3. Magnetismo  6.3.1. Imanes naturales y artificiales  6.3.2. Propiedades de los imanes  6.3.3. Magnetismo de la Tierra  6.3.4. Campo magnético y líneas de campo  6.3.5. Electroimanes y sus aplicaciones
  7. Física Moderna  7.1. estructura del átomo  7.1.1. Estructura Atómica y Partículas Subatómicas  7.1.2. Electrones, Protones y Neutrones  7.1.3. Modelo de Rutherford y Bohr  7.2. Radiactividad  7.2.1. Tipos de emisiones radiactivas  7.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  7.2.3. Usos y Peligros de la Radiactividad
  8. Ciencia espacial y astronomía  8.1. El universo y sus componentes  8.1.1. Estrellas y galaxias  8.1.2. Planetas y Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturales y artificiales  8.2.2. Uso de satélites

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Concepto de calor y temperatura


Entender la naturaleza del calor y la temperatura es muy importante para comprender los principios básicos de la física y la termodinámica. Aunque están interrelacionados, el calor y la temperatura son conceptos diferentes que describen diferentes fenómenos físicos.

Definiciones y conceptos básicos

Temperatura

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en una sustancia. Nos dice qué tan caliente o fría está una cosa. Cuanto mayor es la temperatura, más energía tienen las partículas y más rápido se mueven.

La temperatura se mide en grados utilizando varias escalas, siendo las más comunes el Celsius (°C), Fahrenheit (°F) y Kelvin (K). La escala Kelvin es la unidad SI para la temperatura y se utiliza a menudo en contextos científicos. Cero Kelvin (0 K) se llama cero absoluto, el punto en el cual todo movimiento molecular se detiene.

Calor

El calor es una forma de energía que se transfiere entre objetos debido a una diferencia de temperatura. Siempre fluye desde el objeto más caliente al más frío hasta que se alcanza el equilibrio térmico, es decir, hasta que alcanzan la misma temperatura.

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el calor se mide en julios (J), aunque también se pueden usar calorías en otros contextos.

Visualización de temperatura y calor

Agua fría Agua caliente Agua hervida

La visualización muestra que el contenido de calor y la temperatura son dos fenómenos diferentes. Aunque tanto el agua hervida como el agua caliente parecen similares en apariencia, existen en diferentes niveles de energía y, por lo tanto, tienen diferentes temperaturas y energías térmicas.

Diferencias principales entre calor y temperatura

  • Naturaleza: La temperatura es una medida que afecta el estado termodinámico de un sistema. El calor es energía transferida debido a una diferencia de temperatura.
  • Medición: La temperatura se mide utilizando un termómetro, mientras que el calor suele medirse en julios utilizando un calorímetro.
  • Propiedades: La temperatura es una propiedad intensiva (no depende de la cantidad de materia). El calor es una propiedad extensiva (depende de la cantidad de materia).

Ecuación de transferencia de calor

El calor transferido durante un cambio de temperatura se da por la fórmula:

Q = mcΔT

Donde:

  • Q es la energía térmica transferida en julios (J).
  • m es la masa de la sustancia en kilogramos (kg).
  • c es la capacidad calorífica específica (julios por kilogramo por grado Celsius) (J/(kg°C)).
  • ΔT (delta T) es el cambio de temperatura en grados Celsius (°C).

Ejemplos para aclarar conceptos

Ejemplo 1: Calentamiento de agua

Si calientas 2 kg de agua de 20°C a 80°C, podemos calcular la energía requerida de la siguiente manera:

m = 2 kg 
c = 4,186 J/kg°C (calor específico del agua) 
ΔT = 80°C - 20°C = 60°C
Q = mcΔT 
Q = 2 kg * 4,186 J/kg°C * 60°C
Q = 502,320 J

La energía térmica requerida es de 502,320 julios.

Ejemplo 2: Fusión de hielo

Considera 1 kg de hielo a 0°C. Derretir el hielo requeriría un cálculo diferente que involucra calor latente (energía absorbida durante un cambio de fase sin un cambio de temperatura).

m = 1 kg 
L_f = 334,000 J/kg (calor latente de fusión del hielo) 
Q = m * L_f 
Q = 1 kg * 334,000 J/kg 
Q = 334,000 J

La energía térmica necesaria para derretir el hielo es de 334,000 julios.

Relación entre calor y temperatura

Siempre que se transfiere calor a una sustancia, pueden ocurrir una de dos cosas:

  1. Cambio de temperatura: La temperatura del objeto aumenta, lo que corresponde a un aumento en la energía cinética promedio de sus partículas.
  2. Cambio de fase: El objeto permanece a una temperatura constante mientras experimenta un cambio de fase (por ejemplo, el hielo derritiéndose en agua). Aquí, la energía térmica se destina a romper fuerzas intermoleculares en lugar de aumentar la temperatura.

Capacidad calorífica específica

La capacidad calorífica específica es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 kg de una sustancia en 1 grado Celsius. Varía en diferentes materiales y es una propiedad intrínseca de la sustancia.

La capacidad de un material para absorber calor varía dependiendo de qué tan rápido se calienta o enfría. Por ejemplo:

Capacidad calorífica específica del material (Julio/kg°C),
Agua 4,186
Cobre 385
Hierro 449

Si tienes dos barras metálicas, una de cobre y otra de hierro, ambas a temperatura ambiente, y aplicas la misma cantidad de energía térmica a ambas, la barra de cobre se calentará más rápidamente que la barra de hierro debido a su menor capacidad calorífica específica.

Equilibrio térmico

Cuando dos objetos con diferentes temperaturas entran en contacto, el calor fluirá del objeto más caliente al objeto más frío hasta que ambos alcancen la misma temperatura. Esta temperatura común se llama equilibrio térmico.

Considera dejar caer una cuchara de metal caliente en una taza de agua fría. Con el tiempo, la cuchara se enfría mientras el agua se calienta. Eventualmente, tanto la cuchara como el agua alcanzan la misma temperatura, el punto de equilibrio térmico.

Aplicaciones prácticas

Los conceptos de calor y temperatura son importantes en una variedad de aplicaciones prácticas, que van desde el control climático en hogares utilizando calentadores y acondicionadores de aire hasta procesos industriales que producen materiales con propiedades térmicas deseadas.

En la vida cotidiana, entender cómo reaccionan diferentes materiales al calor puede ayudar a tomar decisiones informadas, como seleccionar utensilios de cocina o materiales de aislamiento para edificios, donde las propiedades térmicas son importantes.

Conclusión

Comprender la diferencia entre el calor y la temperatura ayuda a entender muchos principios científicos e ingenieriles. El calor es una forma de energía, y la temperatura es una medida que depende de la distribución de energía entre las partículas, enfatizando la naturaleza relativa y dinámica de los procesos de energía térmica.


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