17 Sep
Este documento explora conceptos fundamentales de la física, desde las diferentes formas de energía y su transformación, hasta la estructura atómica, la radiactividad y los principios básicos de la electricidad y los circuitos.
¿Qué es la Energía?
No es sencillo definir con precisión qué es la energía. La energía es invisible, pero podemos percibir sus efectos cuando se pone en juego (movimientos, cambios de temperatura, modificación en la forma de los objetos). Hay energía en los seres vivos y en las cosas inertes, pero únicamente detectamos sus efectos cuando sucede algo, es decir, cuando se producen cambios.
La Energía Cinética
La energía cinética es la que tiene un cuerpo cuando está en movimiento, y es capaz de provocar cambios que no se producirían si estuviera en reposo.
Fórmula: Ec = 1/2 * m * v²
Energía Potencial Gravitatoria
La energía potencial es aquella que los cuerpos tienen almacenada y que en cualquier momento puede producir cambios en otros cuerpos. Por ejemplo, si un objeto está situado a cierta altura respecto al suelo, puede caer y empujar, romper o deformar a otro.
Fórmula: Epg = m * g * h
Potencia
La potencia es la energía que se consume o que se produce por unidad de tiempo. Esta idea se utiliza en cualquier transferencia de energía, incluso en aquellas en las que intervienen personas sin la ayuda de un dispositivo.
Fórmula: P = Energía (E) / Tiempo (t) → J/s = vatios
Fusión y Fisión Nuclear
En la fusión nuclear, dos núcleos atómicos se juntan para originar otro más pesado.
La fisión nuclear es el proceso inverso de la fusión. Los núcleos de ciertos átomos se rompen o se desintegran en núcleos más ligeros. Como resultado de ello, no solo se libera energía, sino que además se producen neutrones nuevos que impactarán sobre otros núcleos. Al ser un proceso continuo, se le denomina reacción en cadena.
Masa Atómica
La masa atómica es la suma de neutrones y protones. Es mayor que el número atómico.
Número Atómico
El número atómico indica el número de protones, que coincide con el número de electrones.
Radiactividad
El decaimiento de partículas elementales y la radiactividad son fenómenos fundamentales para el conocimiento del átomo. Existe una fuerza de gran intensidad entre las partículas, mucho mayor que la fuerza que tiende a separarlas, y se la denomina fuerza nuclear fuerte.
Tipos de Desintegración Radiactiva
Desintegración Alfa (α)
Un núcleo atómico emite una partícula alfa (núcleo de helio) y se convierte en un núcleo con 4 unidades menos de número másico y 2 unidades menos de número atómico. Este tipo de desintegración es típico únicamente de los núcleos atómicos muy pesados.
La ecuación es:
23892U → 23490Th + 42HeDesintegración Beta (β)
Un núcleo inestable emite una partícula Beta para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico. Existen dos tipos de decaimiento Beta:
Decaimiento Beta negativo (β⁻)
Se produce en núcleos con exceso de neutrones. Un neutrón se transforma en un protón y se libera del núcleo un electrón (partícula β⁻) y un antineutrino.
146C → 147N + e⁻ + ν̅ₑDecaimiento Beta positivo (β⁺)
Se produce en núcleos con exceso de protones. Es menos habitual que el decaimiento beta negativo. Un protón se transforma en un neutrón, emitiéndose un positrón (partícula β⁺) y un neutrino.
2312Mg → 2311Na + e⁺ + νₑ
Desintegración Gamma (γ)
Muchos núcleos quedan en un estado excitado, es decir, en un estado energético alto. Cuando ocurre la desintegración Gamma, el núcleo pasa a un estado de menor energía (estado fundamental) emitiendo fotones (radiación gamma). El número atómico y el número másico del núcleo no cambian.
99m43Tc → 9943Tc + γ
Corriente Eléctrica
Los materiales que permiten que los electrones se desplacen son los conductores. La mayoría son metales, como el cobre y el acero.
Existen otros que dificultan el desplazamiento o la circulación de electrones, como los plásticos, la madera y la goma, los cuales son denominados aislantes eléctricos.
La diferencia en la cantidad de electrones entre dos cuerpos se denomina diferencia de potencial eléctrico o voltaje. Esto se expresa en voltios (V).
Analogía de los Tanques de Agua
(Este apartado requiere contenido adicional para explicar la analogía de los tanques de agua en relación con el potencial eléctrico y la corriente.)
Circuitos Eléctricos
Un circuito eléctrico consta de varios componentes fundamentales:
La Fuente
La fuente genera y pone en movimiento las cargas eléctricas. Posee un polo positivo y un polo negativo, entre los cuales hay una diferencia de potencial. Cuando los polos se ponen en contacto, las cargas fluyen desde el polo con mayor cantidad de electrones hacia el polo que tiene menor cantidad. Esta fuente puede ser una pila o una batería, entre otras.
El Conductor
El conductor es el material que une los polos de la fuente entre sí y con cualquier dispositivo que se quiera hacer funcionar. En general, se utilizan alambres de cobre recubiertos con plástico.
La Resistencia
La resistencia es el dispositivo que, al dificultar el flujo de corriente, transforma la energía eléctrica en algún otro tipo de energía, con el fin de aprovechar sus efectos. Una lámpara incandescente, por ejemplo, es una resistencia. En su interior posee un filamento de un material denominado tungsteno o wolframio, que ofrece una gran resistencia al paso de la corriente. Esta resistencia hace que la temperatura del filamento se eleve hasta llegar a la incandescencia. La lámpara, entonces, comienza a emitir luz.
El Interruptor
Por último, para abrir o cerrar un circuito, es decir, para permitir o impedir el paso de la corriente, se utiliza un interruptor. Las teclas de encendido de los artefactos eléctricos y las llaves de luz son ejemplos de interruptores.
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