Física de Bachillerato

Sistemas y entorno

Comprensión de los sistemas y el entorno

Un sistema es un objeto o grupo de objetos que se estudian. Los demás objetos del universo se denominan entorno. Normalmente, un sistema se separa de su entorno mediante una partición, un limitador o un separador.

Por ejemplo, supongamos que queremos investigar el agua en un termo. El agua dentro del termo constituye el sistema, mientras que el aire y otros objetos fuera del termo constituyen el entorno. Las paredes del termo, tanto el vidrio interior como el plástico exterior, actúan como separadores. Un termo de agua es un ejemplo.

Calor latente

Comprender el calor latente

Si introduces un termómetro de mercurio en un recipiente con una mezcla de agua fría y hielo, observarás que, tras descender, la superficie del mercurio permanece inmóvil. La superficie del mercurio deja de moverse al alcanzar el punto de fusión o el punto de congelación del agua (0 ^° C). Si el recipiente está abierto, el calor fluye del aire, que está a mayor temperatura, a la mezcla de hielo y agua, que está a menor temperatura. Este calor adicional del aire provoca que el hielo se derrita. ¿Cambia la temperatura de la mezcla de hielo y agua al derretirse el hielo? La temperatura de la mezcla de agua y hielo no cambia al derretirse el hielo.

calor específico

El calor específico (c) es la cantidad de calor (Q) necesaria para elevar la temperatura (T) de una unidad de masa (m) de un objeto en un grado. La fórmula para c es:

Sistema Internacional de Unidades es J/Kg K.

El calor específico de un objeto varía con la temperatura. Si la variación de temperatura no es muy grande, el valor puede considerarse constante. A continuación se muestran los valores de c para varios objetos a una presión de 1 atm y una temperatura de 20 ^° C (obtenidos experimentalmente).

Fórmula de calor

Si objetos con temperaturas diferentes entran en contacto, el calor se transfiere naturalmente del objeto con mayor temperatura al de menor temperatura. La transferencia de calor cesa una vez que ambos objetos alcanzan el equilibrio térmico . Se puede decir que la transferencia de calor provoca un cambio en la temperatura de los objetos en contacto. Con base en esta breve explicación, se concluye que el calor (Q) está relacionado con un objeto y el cambio de temperatura (delta T) de dicho objeto. Cada objeto tiene una masa (m) y su tipo también es diferente.

tara por calor mecánico

La unidad de calor es la caloría (abreviada kal). Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 °C ⁽ exactamente de 14,5 ^° C a 15,5 ^° C). La cantidad de calor necesaria varía según la temperatura del agua . Con la misma cantidad de calor, un aumento de 1 ° ^C en la temperatura del agua solo se produce entre 14,5 ^° C y 15,5 ^° C. La unidad de calor que se usa con frecuencia, especialmente para expresar el valor energético de los alimentos, es la kilocaloría (kcal). 1 kcal = 1000 calorías. Otro nombre para 1 kcal = 1 Caloría (con K mayúscula). La unidad de calor del sistema británico es la Btu (Unidad Térmica Británica). 1 Btu = la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra de agua en 1 °F ⁽ exactamente de 63 ^° F a 64 ^° F).

Anomalía hídrica

Comprender las anomalías del agua

Todo objeto se expande (aumenta su volumen) cuando aumenta su temperatura y se contrae (disminuye su volumen) cuando disminuye . El agua también se expande cuando aumenta su temperatura y se contrae cuando disminuye, pero no entre 0 ^° C y 4 ^° C. Entre 0 ^° C y 4 ^° C, el volumen del agua disminuye (se contrae) a medida que aumenta la temperatura. Si calentamos agua a 0 ^° C, cuanto más caliente esté, mayor será la disminución de su volumen. Este proceso de contracción se detiene cuando el agua alcanza los 4 ^° C. Por encima de los 4 ^° C, el volumen del agua aumenta (se expande) a medida que aumenta la temperatura. Por el contrario, el agua se expande (aumenta su volumen) cuando la temperatura desciende de 4 ^° C a 0 ^° C. Esta peculiaridad del agua se conoce como la anomalía del agua.

Pemuaian

Si observas detenidamente los cables eléctricos, notarás que están curvados hacia abajo debido a la holgura. ¿Por qué se aflojan deliberadamente los cables eléctricos, en lugar de simplemente tensarlos? La mayoría de los techos en Flores y Lembata, Nusa Tenggara Oriental, están hechos de zinc (Zn). Durante el día o la noche, los techos de zinc hacen ruido. ¿Por qué hace ruido el zinc? Si vives en la isla de Java, es posible que hayas observado vías de ferrocarril. Hay huecos en las juntas de los rieles. ¿Cuál es la función de estos huecos en las juntas de los rieles? Hay muchas cosas que puedes pensar y preguntar relacionadas con el tema de la expansión.

Termómetro de gas

Si calibramos diferentes tipos de termómetros, por ejemplo, uno de mercurio y otro de alcohol, las escalas de ambos coinciden únicamente a 0 ^° C (o 32 ^° F) y 100 ^° C (o 212 ^° F). Si utilizamos ambos termómetros para medir la temperatura del aire, las lecturas que muestren no serán necesariamente las mismas. Por ejemplo, el termómetro de mercurio podría marcar 48 ^° C, mientras que el de alcohol marcaría 46 ^° C. Esto se debe a que la dilatación térmica del mercurio y del alcohol es diferente. Lo mismo ocurre con otros tipos de termómetros, como los bimetálicos, etc. La escala de temperatura determinada de esta manera depende en gran medida de las propiedades de los materiales utilizados.

Conversión de temperatura

Las escalas Celsius y Fahrenheit son escalas de temperatura diferentes. Si la temperatura de un objeto se mide y expresa en grados Celsius y luego queremos expresarla en grados Fahrenheit, realizamos la conversión de Celsius a Fahrenheit. En esta sección, aprenderemos cómo convertir o realizar mediciones de temperatura.

A una presión de 1 atm, la temperatura del punto de congelación para un termómetro Celsius = 0 ^oC, mientras que la escala del termómetro Fahrenheit = 32 ^oF. Por el contrario, a una presión de 1 atm, la temperatura del punto de vapor para un termómetro de escala Celsius = 100 ^oC, mientras que la escala del termómetro Fahrenheit = 212 ^oF. ¡Observa la imagen de abajo!

Escala del termómetro

Tipos de escalas de termómetros

Para que un termómetro pueda usarse para medir la temperatura, debe estar definido en una escala. Dos escalas de termómetro de uso común son la escala Celsius y la escala Fahrenheit. La escala de temperatura más utilizada en Indonesia es la escala Celsius. También se la conoce como escala centígrada. Centígrado = cien grados. La escala Fahrenheit se usa con frecuencia en Estados Unidos o en países con inviernos fríos. Una escala de temperatura particularmente importante en ciencia es la escala absoluta, o escala Kelvin. La escala Kelvin se explicará más adelante.

Las escalas Celsius y Fahrenheit utilizan los puntos de congelación y ebullición del agua como puntos fijos. El punto de congelación de una sustancia es la temperatura a la que las fases sólida y líquida se encuentran en equilibrio térmico . Por el contrario, el punto de ebullición de una sustancia es la temperatura a la que las fases líquida y gaseosa se encuentran en equilibrio térmico. Los puntos de congelación y ebullición siempre varían con la presión atmosférica, por lo que primero se debe determinar esta última. Generalmente utilizamos la presión estándar, que es de 1 atm (una atmósfera). Una atmósfera es una unidad de presión atmosférica.