En este curso revisaremos características físicas de la materia, si dependen o no de la masa, las fuerzas que producen y sus interacciones con la energía. Comenzamos con el estudio de los estados de agregación y, posteriormente, revisar propiedades para sólidos (como la elasticidad) y fluidos (como la capilaridad, tensión superficial, entre otras). Posteriormente estudiaremos la presión y fuerza de empuje que aparecen en fluidos en reposo, el objeto de estudio de la hidrostática, y la conservación de la masa y la energía en las ecuaciones de continuidad y Bernoulli, respectivamente, en el estudio de la hidrodinámica. Enseguida revisaremos los fenómenos relacionados con la temperatura y calor, tales como la dilatación térmica, el intercambio de energía entre objetos con diferente temperatura y los cambios de fase. Al finalizar el curso, enunciaremos las leyes de la termodinámica, los tipos de procesos termodinámicos y las características de máquinas y motores que operan con transformaciones de calor .
¿Qué aprenderás en este curso?
Capítulo 1 – Materia, sólidos y fluidos en reposo
En este capítulo comenzamos describiendo los estados de agregación y propiedades de la materia. Los sólidos presentan cierta resistencia a ser deformados, pero cuando son elásticos podemos describir cómo cambia su forma según la fuerza aplicada. Los líquidos y gases pueden describirse de forma similar porque adoptan la forma de los contenedores, por lo que conceptos como densidad y presión son comunes para describirlos. Por último revisaremos las aplicaciones del estudio de fluidos en reposo con los principios de Pascal y Arquímedes.
Temario
1.1 Los estados de agregación
1.2 Propiedades de la materia
1.3 Sólidos y elasticidad
1.4 Fluidos y presión
1.5 Principios de Pascal y Arquímedes
Capítulo 2 – Fluidos en movimiento, temperatura y calor
Las leyes de la conservación de la masa y la energía permiten explicar los fenómenos asociados a los fluidos en movimiento (como el efecto Venturi, que ilustra la forma de las alas de un avión). Estudiaremos las propiedades de los fluidos ideales y el concepto de gasto para enunciar la ecuación de continuidad; después deduciremos la ecuación de Bernoulli, el principio fundamental de la hidraúlica. La siguiente parte del capítulo se enfoca en las propiedades térmicas, las cuales explican cómo interactúa la materia con sus alrededores: una variación en la temperatura puede producir un cambio en de tamaño, o bien, un cambio de fase.
Temario
2.1 Flujo, gasto y ecuación de continuidad
2.2 Ecuación de Bernoulli
2.3 Temperatura y calor
2.4 Dilatación térmica
2.5 Calor específico y calor latente
Capítulo 3 – Termodinámica
En este capítulo se explorarán las leyes fundamentales que rigen la transferencia de energía y el comportamiento del calor en distintos sistemas: las leyes de la termodinámica. Se analizará la relación entre calor y trabajo, los diversos procesos termodinámicos (isotérmicos, adiabáticos, isobáricos e isocóricos), y se explicará cómo estas leyes y procesos se aplican en el diseño y funcionamiento de máquinas térmicas, como motores y refrigeradores. Además, se estudiará la eficiencia de estos dispositivos y su relación con los principios de conservación de la energía (primera ley), aumento de entropía (segunda ley) y la imposibilidad de llegar al cero absoluto (tercera ley).
Temario
3.1 Ley cero y equivalencia mecánica del calor
3.2 Primera ley y procesos termodinámicos
3.3 Segunda ley y máquinas térmicas
3.4 Tercera ley, ciclo de Carnot y entropía