Fórmulas y conceptos esenciales de física: temperatura, dilatación, calor, campos y electricidad

Temperatura

Fórmulas:

• TC = TK − 273.15
• TK = TC + 273.15
• TC = (TF − 32) · 5 / 9
• TF = TC · 9 / 5 + 32
• Relación útil: TC/5 = (TF − 32)/9 → cuando TC ↔ TF

Dilatación

La dilatación térmica describe el aumento de longitud, superficie o volumen de un cuerpo al aumentar su temperatura.

Dilatación lineal

• ΔL = Li · α · ΔT
• Lf = Li · (1 + α · ΔT)

Dilatación superficial

• ΔS = Si · 2α · ΔT
• Sf = Si · (1 + 2α · ΔT)

Dilatación volumétrica

• ΔV = Vi · 3α · ΔT
• Vf = Vi · (1 + 3α · ΔT)

Formas (superficie y volumen)

• Cuadrado (área): lado · lado
• Rectángulo (área): largo · ancho
• Círculo (área): π · r²
• Esfera (volumen): V = 4/3 · π · r³

Calores

Calor específico / sensible:

• Q = m · c · ΔT

Calor latente:

• L = Q / m
• Q = m · L

Campo gravitatorio

Fuerza gravitatoria (Ley de gravitación universal):

• F = G · m1 · m2 / d²

Intensidad del campo gravitatorio (gravedad):

• g = F / m
• g = G · M / d²

Energía potencial gravitatoria:

• U = − G · m1 · m2 / r
• U = − G · m1 · M / (R + h)

Constante de gravitación universal: G = 6,67 · 10⁻¹¹ N · m² / kg²

Campo eléctrico

Fuerza eléctrica (Ley de Coulomb):

• F = K · q1 · q2 / d²

Intensidad de campo eléctrico:

• E = F / q
• E = K · Q / d²

Energía potencial eléctrica:

• U = K · q1 · q2 / r
• Trabajo entre dos radios: W = K · Q · q · (1/r1 − 1/r2)

Potencial eléctrico:

• V = K · Q / d
• V = W / q

Constante de proporcionalidad: K = 9 · 10⁹ N · m² / C²

Equivalencias de carga

• mC = miliC = 1 · 10⁻³ C
• µC = microC = 1 · 10⁻⁶ C
• nC = nanoC = 1 · 10⁻⁹ C
• pC = picoC = 1 · 10⁻¹² C

Relación entre carga elemental y número de cargas: q = n · e

Corriente eléctrica

• Intensidad: I = Q / t
• Resistencia: R = V / I
• Resistencia según material: R = ρ · L / S
• Trabajo (mecánico): W = F · d

Campos (concepto)

Campo: es una región del espacio en la que un cuerpo puede experimentar fuerzas a distancia. Los más importantes son el gravitatorio, el eléctrico y el magnético.

El campo gravitatorio es generado por las masas, siempre es atractivo y su intensidad disminuye con la distancia; permite explicar el peso, la caída de los cuerpos, el movimiento de planetas y satélites y la sensación de ingravidez, que ocurre cuando un cuerpo está en caída libre aunque la gravedad siga actuando.

El campo eléctrico es producido por cargas eléctricas y puede ser atractivo o repulsivo según el signo de las cargas; se representa con líneas que salen de las cargas positivas y entran en las negativas, y su intensidad depende de la carga que lo origina y de la distancia, no de la carga de prueba.

El campo magnético es generado por imanes o por cargas en movimiento, actúa sobre materiales magnéticos y sobre cargas en movimiento; se representa mediante líneas cerradas que no se cruzan y son más densas cerca de los polos.

En todos los campos, las líneas indican dirección y sentido de la fuerza, y cuando están más juntas el campo es más intenso; además, cada campo posee una energía potencial asociada que depende de la posición del cuerpo dentro del campo y explica el trabajo que pueden realizar las fuerzas del campo.

Xerografía

Xerografía: Es un método de copia e impresión que usa electricidad estática. Un tambor cargado eléctricamente es iluminado por la imagen o por un láser; las zonas iluminadas pierden carga y las zonas oscuras la conservan. El tóner se adhiere a las zonas cargadas y el calor lo fija al papel, por eso no se usa tinta líquida.

Fenómenos atmosféricos y protección

Rayo

Rayo: Es una descarga eléctrica muy intensa que ocurre en tormentas por la separación de cargas entre la nube y la Tierra. Cuando la diferencia de potencial es muy grande, el aire se ioniza y se produce el relámpago y el trueno.

Pararrayos

Pararrayos: Es una barra metálica conectada a tierra que evita la acumulación de carga y conduce los rayos de forma segura al suelo, protegiendo a personas y construcciones.

Generador de Van de Graaff

Generador de Van de Graaff: Produce grandes cargas eléctricas acumulándolas en una esfera metálica. Al tocarlo, el cabello se eriza porque las cargas se repelen; aunque el voltaje es alto, no suele ser peligroso por la pequeña cantidad de carga.