Conceptos Fundamentales de Física: Termodinámica, Modelos Atómicos y Electricidad

Conceptos Fundamentales de Física

Termodinámica y Propiedades de la Materia

Conversión de Temperaturas

• Celsius a Fahrenheit: °C = (°F - 32) / 1.8
• Fahrenheit a Celsius: °F = 1.8 * °C + 32
• Celsius a Kelvin: °K = °C + 273.15
• Kelvin a Celsius: °C = °K - 273.15

Transmisión de Calor

Existen tres formas principales de transmitir calor:

• Conducción: Transferencia de calor a través del contacto directo entre partículas.
• Convección: Transferencia de calor por el movimiento de fluidos (líquidos o gases).
• Radiación: Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin necesidad de un medio.

Presión

La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa).

Fórmula de Presión: P = F / A

• P: Presión
• F: Fuerza aplicada
• A: Área sobre la que se aplica la fuerza

Evolución de los Modelos Atómicos

La comprensión de la estructura del átomo ha evolucionado a lo largo de la historia gracias a las contribuciones de varios científicos:

1. Demócrito: Propuso que la materia está formada por pequeñas partículas indivisibles e indestructibles, a las que llamó átomos.
2. John Dalton: Retomó la idea de Demócrito y propuso un modelo atómico que representaba el átomo como una esfera sólida e indivisible.
3. J.J. Thomson: Concluyó que el átomo contiene partículas con carga eléctrica negativa, a las que denominó electrones. Su modelo, conocido como el "pastel de pasas", sugería que los electrones estaban incrustados en una esfera de carga positiva.
4. Ernest Rutherford: Mediante su experimento de la lámina de oro, comprobó que el átomo posee un núcleo central denso y con carga positiva, alrededor del cual giran los electrones.
5. Niels Bohr: Propuso un modelo planetario del átomo, donde los electrones giran en órbitas circulares definidas alrededor del núcleo. Estableció que estas órbitas tienen niveles de energía específicos, designados por letras (K, L, M, N, O, P, Q) y con una capacidad máxima de electrones:
   • K = 2 electrones
   • L = 8 electrones
   • M = 18 electrones
   • N = 32 electrones
   • O = 32 electrones
   • P = 18 electrones
   • Q = 8 electrones

Componentes del Átomo

• Protones (+): Partículas con carga eléctrica positiva, ubicadas en el núcleo.
• Neutrones (sin carga): Partículas sin carga eléctrica, ubicadas en el núcleo junto a los protones.
• Electrones (-): Partículas con carga eléctrica negativa, que giran en órbitas alrededor del núcleo.

Principios de Electricidad y Magnetismo

¿Qué es la Electricidad?

La electricidad es una forma de energía que se manifiesta por la existencia de cargas eléctricas. Es la rama de la física que estudia las cargas eléctricas y los fenómenos asociados a ellas. El electrón es la partícula fundamental responsable de los fenómenos eléctricos.

La electricidad se puede estudiar desde dos perspectivas principales:

• Electrostática: Estudia las cargas eléctricas en reposo y los fenómenos de atracción y repulsión entre ellas.
• Electrodinámica (o Electromagnetismo): Estudia las cargas eléctricas en movimiento (corriente eléctrica) y los campos magnéticos que estas generan.

Materiales Eléctricos

• Conductores: Materiales que permiten el paso de los electrones libremente, ofreciendo baja resistencia. Ejemplos: todos los metales (cobre, plata, oro).
• Aislantes: Materiales que no permiten el paso de los electrones o que oponen una enorme resistencia a su flujo. Ejemplos: plástico, vidrio, madera, goma.

Conceptos Clave en Electricidad

• Carga Eléctrica

  Propiedad fundamental de la materia que se manifiesta mediante fuerzas de atracción o repulsión entre partículas. Se define como la cantidad de electrones (o protones) en exceso o defecto en un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el Coulomb (C).

  Principio fundamental: Las cargas del mismo signo se repelen, y las cargas de signo contrario se atraen.

• Corriente Eléctrica

  Flujo ordenado de electrones libres que circulan a través de un conductor en una unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el Ampere (A).

  Fórmula de Corriente Eléctrica: I = Q / t

  • I: Intensidad de corriente (Amperes)
  • Q: Carga eléctrica (Coulombs)
  • t: Tiempo (segundos)

• Resistencia Eléctrica

  Oposición que un material presenta al flujo de electrones. Su unidad en el Sistema Internacional es el Ohm (Ω).

  La resistencia de un material depende de cuatro factores principales:

  • Material: Varía significativamente entre conductores y aislantes.
  • Longitud: A mayor longitud del conductor, mayor resistencia.
  • Grosor (Área de la sección transversal): A menor grosor (o menor área), mayor resistencia.
  • Temperatura: Generalmente, en metales, a mayor temperatura, mayor resistencia.

  Fórmula de la Ley de Ohm: R = V / I

  • R: Resistencia (Ohms)
  • V: Voltaje o Diferencia de Potencial (Volts)
  • I: Intensidad de corriente (Amperes)

Descubrimientos Fundamentales en Electromagnetismo

• Hans Christian Ørsted

  Descubrió en 1820 que una corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor, estableciendo una conexión fundamental entre electricidad y magnetismo.

• Michael Faraday

  Descubrió en 1831 que un campo magnético variable puede generar una corriente eléctrica. A este fenómeno se le conoce como inducción electromagnética, sentando las bases para la generación de electricidad a gran escala.

El Electroimán

Un electroimán es un dispositivo que se comporta como un imán temporal mientras está bajo la influencia de una corriente eléctrica. Generalmente consta de tres partes principales:

• Solenoide (o bobina): Un alambre enrollado por el que circula la corriente.
• Núcleo de material ferromagnético: Un trozo de metal (como hierro) insertado dentro del solenoide, que concentra las líneas de campo magnético.
• Fuente de corriente eléctrica: Un generador o batería que suministra la energía necesaria para crear el campo magnético.