Conceptos Fundamentales de Física: Desde el Espectrómetro de Masas hasta el Ciclo de Carnot

Selector de Velocidades

El selector de velocidades se utiliza para seleccionar partículas de un haz con una velocidad determinada. Cuando una partícula de carga q y masa m entra en una región con campos eléctrico y magnético perpendiculares, las partículas que no se desvían son aquellas que cumplen la siguiente condición: V = E/B.

Espectrómetro de Masas

El espectrómetro de masas es una extensión del experimento de Thomson para la medición de masas atómicas, moleculares, iónicas, etc. Consta de:

• Un selector de velocidades o un acelerador.
• Una región de campo magnético.

La relación carga-masa de la partícula se determina midiendo el radio de la trayectoria que describe la partícula en una placa fotográfica.

Ciclotrón

El ciclotrón es un acelerador de partículas que se basa en el hecho de que la frecuencia ciclotrónica no depende de la velocidad de la partícula. La partícula sufre sucesivas aceleraciones en la región del campo eléctrico, cuya polaridad se invierte alternadamente, precisamente gracias a la frecuencia del ciclotrón.

Transformaciones Termodinámicas

Transformaciones Reversibles

Las transformaciones reversibles tienen las siguientes características:

• Están formadas por una sucesión infinita de estados de equilibrio.
• Son infinitamente lentas.
• En cada instante es posible que evolucionen en sentido contrario.

Transformaciones Irreversibles

En las transformaciones irreversibles, el sistema pasa de un estado inicial a uno final que son de equilibrio, pero los estados intermedios no lo son.

Enunciado de Máquinas Térmicas

Es imposible que una máquina térmica funcione cíclicamente sin producir otro efecto que extraer calor de un solo foco, realizando una cantidad de trabajo exactamente equivalente.

Máquinas Frigoríficas

Es imposible que un refrigerador funcione cíclicamente sin producir otro efecto que la transferencia de calor de un objeto frío a otro caliente.

Ciclo de Carnot

El ciclo de Carnot es un ciclo reversible que intercambia calor entre dos focos, T1 (caliente) y T2 (frío), y que tiene un rendimiento máximo. Su rendimiento se define como: (T1 - T2) / T1. El ciclo consta de dos transformaciones adiabáticas (sin intercambio de calor) y dos isotermas (temperatura constante).

1. Primera transformación: Expansión isotérmica. El sistema absorbe calor del foco caliente.
2. Segunda transformación: Expansión adiabática. El sistema se enfría de T1 a T2.
3. Tercera transformación: Compresión isotérmica. El sistema cede calor al foco frío.
4. Cuarta transformación: Compresión adiabática. El sistema vuelve al punto de partida.

Transformador

Un transformador es un dispositivo que permite aumentar o disminuir la fuerza electromotriz (fem) de una corriente alterna, de forma que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida. Los transformadores se basan en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce.

Alternador

Un alternador está constituido por espiras rectangulares que giran con una velocidad angular dentro de un campo magnético.