Fundamentos de Termodinámica y Electricidad: Conceptos Clave de Calor, Temperatura y Carga Eléctrica
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Termodinámica y Fenómenos Térmicos
Temperatura
Es una magnitud física que determina si un cuerpo es frío o caliente. Está relacionada con la energía cinética promedio de las partículas que lo conforman.Contacto Térmico
Ocurre cuando dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto.Equilibrio Térmico
Estado en el que dos cuerpos poseen temperaturas iguales.Termómetro
Es un instrumento que mide la temperatura de los cuerpos. Su funcionamiento se basa en el equilibrio térmico.Propiedad Termométrica
Cantidad física que cambia de manera regular con la variación de la temperatura.Escalas de Temperatura
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Escala Celsius: Desarrollada por el sueco Anders Celsius.
- Fusión del agua: 0 °C.
- Ebullición del agua: 100 °C.
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Escala Fahrenheit: Desarrollada por el alemán Daniel Gabriel Fahrenheit.
- Fusión del hielo: 32 °F.
- Temperatura de ebullición: 212 °F.
- Escala Kelvin: Nombrada por Lord Kelvin. Es la escala de temperatura absoluta, donde el cero absoluto es -273.15 °C.
Leyes Fundamentales del Calor
Ley Cero de la Termodinámica
Si dos sistemas termodinámicos separados están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están también en equilibrio térmico entre sí.Calor
Es la energía que se transfiere entre dos cuerpos que interaccionan térmicamente. Está relacionado con el flujo de energía entre cuerpos de diferente temperatura.Unidades de Medida del Calor
- Caloría (cal): Es la cantidad de energía que debe ganar un gramo de agua para que su temperatura aumente un grado Celsius (1 kcal = 1000 cal).
- BTU (British Thermal Unit): Unidad del sistema británico (1 BTU ≈ 252 cal ≈ 0.252 kcal).
Equivalente Mecánico del Calor
Relación entre el trabajo mecánico y el calor. El efecto térmico que causa una caloría equivale a aproximadamente 4.16 J (Trabajo / Calor = 4.16 J).Mecanismos de Transferencia de Calor
Conducción
Transferencia de calor de una parte de un cuerpo a otra con diferente temperatura, sin movimiento visible de la materia.Convección
Transferencia de calor a través de un fluido, donde ocurren movimientos visibles de las partes del fluido que tienen distinta temperatura.Radiación Térmica
Traspaso de calor que ocurre mediante la radiación (ondas electromagnéticas) emitida por los cuerpos.Dilatación y Propiedades de las Sustancias
Dilatación Térmica
El cambio en las dimensiones de los cuerpos debido a la variación de la temperatura.Tipos de Dilatación Térmica
- Dilatación Térmica Lineal: Aumento de longitud.
- Dilatación Térmica Superficial: Aumento de área.
- Dilatación Térmica Volumétrica: Cambio en el volumen de un cuerpo.
Calorímetro
Instrumento utilizado para que las sustancias contenidas alcancen el equilibrio térmico y medir el calor.Calor Específico
Es el calor necesario para aumentar 1 °C la temperatura de 1 gramo de sustancia.Calor Ganado y Calor Cedido
Depende de la diferencia de temperatura, fluyendo la energía de la temperatura mayor a la menor.Cambios de Fase
El cambio de fase de una sustancia requiere la aplicación de calor latente.
Calor Latente de Fusión
Calor necesario para convertir 1 gramo de la sustancia del estado sólido al líquido.Calor Latente de Vaporización
Calor necesario para que 1 gramo de la sustancia se evapore (pase de líquido a gas).Introducción a la Electricidad y Electroestática
Electricidad
Rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos.Antecedentes Históricos
- Tales de Mileto: Observó la atracción al frotar ámbar (*elektron*).
- Benjamin Franklin: Introdujo los conceptos de carga positiva y negativa.
Ley de Coulomb
La fuerza eléctrica de atracción o repulsión entre dos cargas es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.- Cargas diferentes se atraen.
- Cargas iguales se repelen.