Apuntes de Física y Biología

La energía interna se define como la energía asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento. Se refiere a la energía microscópica invisible de la escala atómica y molecular. Por ejemplo, un vaso de agua a temperatura ambiente sobre una mesa, no tiene energía aparente, ya sea potencial o cinética.Pero en escala microscópica, es un hervidero de moléculas de alta velocidad que viajan a cientos de metros por segundo. Si el agua se tirase por la habitación, esta energía microscópica no sería cambiada necesariamente por la súper imposición de un movimiento ordenada a gran escala, sobre el agua como un todo. Máquinas térmicas Una máquina térmica es un dispositivo que realiza un trabajo mediante un proceso de paso de energía desde un foco claiente hasta un foco frio. Las máquinas térmicas o motores térmicos aprovechan una fuente de energía para realizar un trab

En física y química es la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la tierra son sólido, líquido y gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en nuestro universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si descartamos la materia oscura). Cambios de estado de agregación de la materia A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia. Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico hay un punto en que la temperatura permanece constante. El punto de fusión es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Solidificación: Es la transformación de un líquido a sólido por medio

Previo a profundizar en este tema de la termodinámica, es imprescindible establecer una clara distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna. Como ejemplo ilustrativo, es conveniente recurrir a la teoría cinética de los gases, en que éstos sabemos están constituidos por numerosas moléculas en permanente choque entre sí. La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales. El calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura. La energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas. Para mayor claridad, imaginemos dos barras calientes de un mismo material de igual masa y temperatura. Entre las dos tienen el doble de la energía interna respecto de una sola barra. Notemo

Termodinámica Es la rama de la Física que se encarga de la transformación del calor en trabajo y viceversa. Su estudio se inició en el siglo XVIII y sus principios se fundamentan en fenómenos comprobados experimentalmente. ¿Qué es un proceso termodinámico? Los procesos termodinámicos comprenden el comportamiento y relación que se da entre las temperaturas, presión y el volumen. Sistema termodinámicoEs una parte del universo que se separa con la finalidad de poderla estudiar. Para ello se aísla de los alrededores a través de límites o fronteras, de tal manera que todo lo que se encuentra fuera de lo delimitado se denomina alrededores. Las paredes pueden ser diatérmicas o adiabáticas. Los sistemas termodinámicos, respecto a la naturaleza de sus fronteras, se pueden clasificar del siguiente modo: Sistema aislado: sistema con fronteras que impiden el intercambio de materia y energía con su medio exterior. Sistema cerrado: sistema con fronteras que permiten el intercam

¿Qué es calor? El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo Propagación del calor Calor de conducción En los sólidos el calor se transfiere por conducción. Si calentamos el extremo de una varilla metálica, después de cierto tiempo percibimos que la temperatura del otro extremo asciende, o sea, el calor se transmitió hasta el extremo opuesto por conducción. Se cree que esta forma de transferencia de calor se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura entre dos puntos del objeto. Esta teoría explica, especialmente en el caso de los metales, por qué los buenos conductores del calor. La plata, el oro y el cobre conducen bien el calor, o sea, tienen conductividades térmic

Los cambios de temperatura afectan el tamaño de los cuerpos, pues la mayoría de ellos se dilatan al calentarse y se contraen si se enfrían. Los gases se dilatan mucho más que los líquidos y éstos más que los sólidos. En los gases y líquidos las partículas chocan unas contra otras en forma continua: pero si se calientan, chocarán violentamente rebotando a mayores distancias y provocarán la dilatación. En los sólidos las partículas vibran alrededor de posiciones fijas: sin embargo, al calentarse aumentan su movimiento y se alejan de sus centros de vibración dando como resultado la dilatación. Por el contrario, al bajar la temperatura las partículas vibran menos y el sólido se contrae. Dilatación lineal y coeficiente de dilatación lineal Una barra de cualquier metal al ser calentada sufre un aumento en sus tres dimensiones: largo, ancho y alto, por lo que su dilatación es cúbica. Sin embargo, en los cuerpos sólidos, como alambres, varillas o barras, lo más importante es e

¿Qué es calor y temperatura? Calor Al aplicar calor, sube la temperatura. El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.  Temperatura La temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir). Diferencias entre calor y temperatura Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes. Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de s

Teorema de Torricelli u   Es una aplicación del Teorema de Bernoulli y se aplica cuando se desea conocer la velocidad de salida de un líquido a través de un orificio en un recipiente. u   Fue desarrollada por el físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) quien enunció lo siguiente que lleva su nombre: u   La velocidad con la que sale un líquido por el orificio de un recipiente, es igual a la que adquiriría un cuerpo que se dejara caer libre desde la superficie libre del líquido hasta el nivel del orificio. Fórmula para medir la velocidad de salida de los líquidos. La ecuación nos dice que la velocidad de salida del líquido por un orificio es igual a la raíz cuadrada de dos veces la gravedad por la altura; esto será igual como si se dejara caer un objeto desde la superficie libre del líquido al punto por el cual sale el líquido. Tubo de Pitot u    Para medir de una forma sencilla la velocidad de la corriente de un río se usa el llamado Tubo d

El teorema que por primera vez enunció Daniel Bernoulli en el año 1726, dice: en toda corriente de agua o de aire la presión es grande cuando la velocidad es pequeña y, al contrario, la presión es pequeña cuando la velocidad es grande. El teorema de Bernoulli es una aplicación directa del principio de conservación de energía. Con otras palabras está diciendo que si el fluido no intercambia energía con el exterior (por medio de motores, rozamiento, térmica...) esta ha de permancer constante. El teorema considera los tres unicos tipos de energía que posee el fluido que pueden cambiar de un punto a otro de la conducción. Estos tipos son; energía cinética, energía potencial gravitatoria y la energía debida a la presión de flujo (hidroestática). Veamos cada una de ellas por separado: La fórmula es la siguiente: Aplicaciones del teorema Las chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante y elevada a mayores alturas. Cuanto más rápid

Densidad de un líquido La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. Se denomina con la letra ρ. En el sistema internacional se mide en kilogramos / metro cúbico. Peso específico de un líquido El peso específico de un fluido se calcula como su peso sobre una unidad de volumen (o su densidad por g) . En el sistema internacional se mide en Newton / metro cúbico. ¿Cuál es la diferencia entre densidad y peso específico cuales son las unidades de medición de éstas? El peso específico nos indica el peso de un material por unidad de volumen, mientras que la densidad nos indica la masa por unidad de volumen. Siendo el peso de un cuerpo variable en función de la constante gravitacional, mientras que la masa es siempre constante, hasta ahora se había empleado en el comercio de piedras preciosas el término “masa” de una piedra en lugar de “peso”. Pero dado que las mediciones del peso de una piedra siempre se realizan bajo una constante gravitacional invariable (la gravedad terrest

¿Cuál es el objetivo de la hidrostática? La hidrostática tiene por objetivo estudiar a los líquidos en reposo.   Presión La presión indica la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cuál actúa. -Cuanto mayor sea la fuerza aplicada, mayor será la presión para una misma área. Presión hidrostática •           La presión hidrostática es aquella que origina todo líquido sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene. •           Puede calcularse en cualquier punto multiplicando el peso especifico del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del líquido hasta el punto considerado. •           Ph= presión hidrostática en N/m2 •           p= densidad del líquido en kg/m3 •           g= aceleración de la gravedad 9.8 m/s2 •           h= altura de la superficie libre al punto en metros (m) Paradoja hidrostática La paradoja hidrostática de Stevin señala que:La presión ejercida por un líquido en cualquie

Materia Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una energía medible y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. • Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. Elemento Sustancia que no puede separarse o descomponerse en otras sustancias más simples. Sustancia formada por átomos del mismo tipo. Ejemplos: Li, O2 , Au, Cu, Pb, F2 .  Compuesto. Sustancia formada por otras sustancias elementales que están unidas químicamente en proporciones fijas. Pueden separarse por métodos químicos en otras más simples (compuestos o elementos). Sustancia formada por al menos dos átomos diferentes, químicamente unidos. Ejemplos: LiCl, Fe2O3 , CuSO4 , PbI2 , NH4F. Mezcla . Unión de sustancias en proporciones variables. No se encuentran químicamente unidas y se pueden sepa

Trabajo: decimos que realizamos un trabajo cuando la fuerza que aplicamos produce un desplazamiento en la dirección de ésta. Energía: Capacidad que tienen los cuerpos para producir transformaciones, como por ejemplo un trabajo. El Trabajo y la Energía son magnitudes escalares, es decir, no tienen dirección ni sentido En la definición de trabajo cabe destacar dos factores: 1-Sin desplazamiento no hay trabajo Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe trabajo porque no hay desplazamiento 2-El desplazamiento ha de producirse en la dirección de la fuerza. Todo desplazamiento perpendicular a la dirección de la fuerza no implica realización de trabajo. Podemos definir matemáticamente el trabajo como el producto de la Fuerza aplicada por el desplazamiento efectuado, si la fuerza y el desplazamiento tienen la misma dirección: Trabajo = Fuerza x Desplazamiento Cuando la trayectoria es rectilínea, el desplazamiento coincide con el espacio recorrido y por lo tanto se pue