Conceptos Esenciales de Termodinámica y Astronomía: Física del Calor y el Cosmos

Conceptos Fundamentales de Termodinámica y Astronomía

Termodinámica y Propiedades de la Materia

Temperatura

Propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío.

Ley Cero de la Termodinámica

Establece que si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces están en equilibrio térmico entre sí.

Termómetros

Instrumentos que permiten obtener de forma objetiva el valor de la temperatura.

Tipos de Termómetros:

• Termómetro de vidrio
• Termómetro bimetálico
• Termómetro de gas

Escalas de Temperatura

• Celsius
• Fahrenheit
• Kelvin
• Rankine
• Réaumur

Dilatación Térmica

Es el aumento o disminución de las dimensiones de cualquier cuerpo debido a cambios de temperatura.

Tipos de Dilatación:

• Dilatación Longitudinal: Predomina el cambio en el largo.
• Dilatación Superficial: Predomina el cambio en la superficie.
• Dilatación Volumétrica: Predomina el cambio en el volumen.

Calor

Manifestación de la energía que poseen las moléculas, que fluye de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura.

Propagación del Calor

Propagación del Calor por Convección

Este tipo de propagación ocurre principalmente en líquidos y gases. Se produce por el movimiento real de la materia, originado por la disminución de la densidad de los fluidos con el aumento de la temperatura, lo que provoca su ascenso y el descenso de las partes más frías.

Propagación del Calor por Conducción

Se da principalmente en sólidos, y en menor medida en líquidos y gases. Requiere que ambos cuerpos estén en contacto y a diferentes temperaturas. El calor se transfiere de un cuerpo a otro hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Propagación del Calor por Radiación

La energía se transmite de un cuerpo a otro distante mediante ondas electromagnéticas, sin necesidad de un medio material.

Astronomía y Mecánica Celeste

Isaac Newton y la Gravitación Universal

Isaac Newton formuló la Ley de Gravitación Universal, que describe la gravitación como la fuerza que mantiene a los planetas en sus órbitas. Utilizando esta ley, se pueden calcular las órbitas de todos los planetas del sistema solar, aunque la precesión del perihelio de Mercurio requirió explicaciones adicionales con la teoría de la relatividad general.

Pioneros de la Astronomía (Renacimiento y Siglos Posteriores)

Figuras clave en el desarrollo de la astronomía y la física:

• Nicolás Copérnico
• Tycho Brahe
• Johannes Kepler
• Galileo Galilei
• Isaac Newton

Leyes de Kepler del Movimiento Planetario

Primera Ley de Kepler (Ley de las Órbitas)

Los planetas tienen movimientos elípticos alrededor del Sol, estando este situado en uno de los dos focos de la elipse.

Segunda Ley de Kepler (Ley de las Áreas)

Las áreas barridas por los radios vectores de los planetas son proporcionales al tiempo empleado por estos en recorrer el perímetro de dichas áreas.

Tercera Ley de Kepler (Ley Armónica)

El cuadrado de los periodos de la órbita de los planetas es proporcional al cubo de la distancia promedio al Sol.

Satélites

Satélites Naturales (Lunas)

Cualquier objeto celeste que orbita alrededor de un planeta.

Satélites Artificiales

Aquellos objetos puestos en órbita por el ser humano con diversos fines.

Cúmulos Estelares

Agrupaciones de estrellas cercanas entre sí, formadas a partir de una misma nube molecular.

Cúmulos Globulares

Caracterizados por reunir estrellas viejas, densamente agrupadas y estables frente a la disgregación.

Cúmulos Abiertos

Formados por estrellas jóvenes, menos densos y más dispersos que los cúmulos globulares.

Galaxias

Estructuras masivas que agrupan estrellas, nebulosas, planetas, polvo cósmico e incluso agujeros negros, unidos por la gravedad.

Clasificación de Planetas

Planetas Interiores (Terrestres)

Llamados planetas terrestres por su composición rocosa y ser similares a la Tierra. Son los más cercanos al Sol:

• Mercurio
• Venus
• Tierra
• Marte

Planetas Exteriores (Gigantes Gaseosos)

Grandes planetas compuestos principalmente de gases:

• Júpiter
• Saturno

Gigantes Helados

Planetas exteriores compuestos principalmente de hielos y gases:

• Urano
• Neptuno