Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Ondas: Temperatura, Calor y Propiedades de las Ondas

Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Ondas

Temperatura y Calor

El **calor** es una forma de energía. Al entregar calor a un cuerpo, este aumenta su temperatura. La **temperatura** es una medida de la velocidad de las partículas, es decir, es una magnitud física relacionada con la **energía cinética** de las partículas.

Escalas de medición de temperaturas:

• °C = 5/9 (°F - 32)
• °F = 9/5 °C + 32
• K = °C + 273

Ley Fundamental de la Calorimetría

Si colocamos en contacto a dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas, se produce entre ellos un intercambio calórico, ya que el más caliente calentará al más frío y el más frío enfriará al más caliente, alcanzando ambos la misma temperatura final o el mismo nivel térmico. Este intercambio de calor entre ambos cuerpos o sustancias (que se mide en calorías) es calculable con la fórmula que expresa la **ley de la calorimetría**, que establece lo siguiente:

“La cantidad de calor (Q) en calorías que intercambia un cuerpo es directamente proporcional a su masa y a la variación de temperatura que experimente el cuerpo; y por lo tanto, la cantidad de calor es calculable como el producto entre la masa del cuerpo, la variación de temperatura que experimente, y todo se multiplica por una constante propia de cada cuerpo o sustancia que se denomina **Calor Específico (C)** del mismo”.

El **Calor Específico (C)** de un cuerpo o sustancia se define como la cantidad de calor que intercambia un gramo del mismo para que su temperatura se eleve en 1°C. La unidad de medición de la cantidad de calor Q es la caloría, que se define como la cantidad de calor que intercambia un gramo de agua para que su temperatura se eleve desde 14,5°C a 15,5°C.

Q = mC (Tf - To) |||| (Q) = cal, kcal /// (m) = g, kg /// (T) = °C

Intercambios de Calor en los Cambios de Estado

Durante un cambio de estado, la temperatura es constante, es decir, que siempre es isotérmico, por lo que no puede haber variación de temperatura. De aquí que la ley de la Calorimetría en estos casos tiene una restricción, estableciéndose lo siguiente:

“La cantidad de calor de un cuerpo o sustancia que cambia de estado es igual al producto entre la masa del mismo y su calor específico del cambio de estado que correspondiere”.

Q = m(Cf) (**calor de fusión**) /// Q = m(Cv) (**calor de vaporización**)

Calorímetros

Los **calorímetros** son dispositivos que se utilizan en los laboratorios para determinar en forma experimental la cantidad de calor (calorías) que intercambian los cuerpos. Hay distintos tipos de calorímetros, pero estudiaremos el de las mezclas o de agua. Este consiste en un recipiente adiabático, lo que significa que se lo aísla del exterior para evitar pérdidas de calor. Consiste en un vaso metálico de paredes pulidas y su aislamiento se realiza mediante paredes de material aislante, como, por ejemplo, amianto de una base o piso de corcho. El recipiente contiene agua y se lo maneja desde su tapa o desde su parte superior mediante un agitador para favorecer un mejor contacto del cuerpo o sustancia que intercambiará calor con el agua, y un termómetro registrará la temperatura de la misma. Aplicando la fórmula de la Ley de la Calorimetría, podremos determinar la cantidad de calor (Q) que intercambia el cuerpo con el agua, como así también su calor específico para las tablas correspondientes.

Ondas

Una **onda** consiste en una perturbación que se transmite en un medio elástico sin producir transporte de materia; lo transmitido es energía.

Tipos de ondas:

1. **Ondas longitudinales:** Aquellas producidas mediante compresiones y expansiones de las partículas o moléculas del medio.
2. **Ondas transversales:** Son aquellas en las que el desplazamiento de las partículas se produce en uno o varios planos perpendiculares a la dirección del desplazamiento de la onda.

Elementos de una onda:

1. **Período (T):** Es el tiempo que tarda una onda en describir un ciclo (seg).
2. **Frecuencia:** Número de ciclos que describe la onda en una determinada unidad de tiempo (1/seg = seg^-1 = Hz).
3. **Amplitud:** Máxima elongación de las partículas con respecto al eje de reposo. La **elongación (y)** es el apartamiento de las partículas con respecto al eje de reposo de la onda.
4. **Longitud de onda:** Distancia comprendida entre 2 crestas o 2 valles consecutivos de la onda o la distancia entre 2 nodos entre los que se cumple un ciclo completo, es decir, que es la distancia que recorre la onda en un período (Angstrom, nanómetro, micrón). (Long = v T) (Long = v/F)

1A = 10^-10m | 1m = 10¹⁰A /// 1nm = 10^-9m | 1m = 10⁹nm /// 1micrón = 10^-6m | 1m = 10⁶m

El **frente de onda** es la superficie de un tren de ondas que avanza en el espacio en un instante dado.

Los **nodos** son los frentes de elongación nulos.

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

1. **Teoría corpuscular de Newton:** Establece que la luz consiste en corpúsculos de materia que se transmiten en el espacio con una determinada velocidad de propagación.
2. **Teoría ondulatoria de Huygens:** Establece que la luz es una onda electromagnética (energía) que se propaga en el espacio con una velocidad de propagación de v = 300.000 km/seg.

LongOnda = vT /// LongOnda = v/F //// T = 1/F