Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Energía en Física

Conceptos Clave en Termodinámica y Energía

Este documento presenta una recopilación de definiciones esenciales en el campo de la física, específicamente en termodinámica y energía. Comprender estos términos es fundamental para el estudio de cómo la energía se transforma y se transfiere en diversos sistemas.

Definiciones Fundamentales de Calor y Energía

Calor y sus Propiedades

• Calor: Energía que se transfiere de un sistema a otro o de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura.
• Calor Específico: Cantidad de calor necesaria para elevar en un grado Celsius (1 °C) la temperatura de la unidad de masa de una sustancia.
• Caloría: Cantidad de calor o energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius (1 °C) a una presión de una atmósfera.

Formas de Energía

• Energía Interna: Resultado de la contribución de la energía cinética y potencial de las moléculas o átomos que constituyen un sistema. Representa la energía total contenida dentro de un sistema termodinámico.
• Energía Química: Potencial de una sustancia química para experimentar una transformación a través de una reacción química, o para transformarse en otras sustancias químicas.
• Energía Térmica: Energía asociada al movimiento aleatorio de las partículas de un sistema, manifestándose como calor. Es una forma de energía interna.

Fenómenos Térmicos y Transferencia de Calor

• Equilibrio Térmico: Estado en el cual se igualan las temperaturas de dos o más cuerpos que, en sus condiciones iniciales, presentaban diferentes temperaturas, cesando la transferencia neta de calor entre ellos.
• Formas de Transmisión de Calor: Las principales formas en que el calor se propaga son la Convección, la Conducción y la Radiación.
• Mecanismo de la Conducción: Proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, donde el calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el primero.
• Mecanismo de la Convección: Proceso de transmisión de calor que se produce por el movimiento de un fluido (líquido o gas), donde las partes más calientes y menos densas ascienden, y las más frías y densas descienden, creando corrientes de convección.
• Mecanismo de la Radiación: Propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material, sin necesidad de contacto físico ni de un medio material para su transmisión.

Procesos Nucleares y Máquinas

Reacciones Nucleares

• Fisión Nuclear: Reacción nuclear en la que el núcleo de un átomo pesado, al capturar un neutrón incidente, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, liberando una gran cantidad de energía.
• Fusión Nuclear: Proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado, liberando una inmensa cantidad de energía.

Máquinas Térmicas

• Máquina Térmica: Conjunto de elementos mecánicos diseñado para intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de la energía de un fluido que experimenta cambios significativos en su densidad al atravesar la máquina.
• Tipos de Máquinas Térmicas:
  • De Combustión Interna
  • De Reacción
  • De Combustión Externa

Conceptos Adicionales y Unidades

Magnitudes Físicas

• Temperatura: Magnitud escalar que mide el grado de agitación térmica de las partículas de un sistema, relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico y definida por el principio cero de la termodinámica.
• Trabajo: Cantidad de energía transferida cuando una fuerza actúa sobre un objeto y lo desplaza a lo largo de una distancia en la dirección de la fuerza.

Fenómenos y Científicos

• Piezoeléctrico: Fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica en su masa, generando una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.
• Científico del Equivalente Mecánico del Calor: James Prescott Joule.

Unidades de Medida

• Unidades de Calor (SI y otras): Joule (J), Caloría (cal), British Thermal Unit (BTU).
• Unidades de Temperaturas Absolutas: Kelvin (K).
• Unidades de Trabajo en S.I.: Joule (J).