el latín lux, la luz es el agente físico que permite que los objetos sean visibles. El término también se utiliza para hacer mención a la claridad que irradian los cuerpos, a la corriente eléctrica y el utensilio que sirve para alumbrar.

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda señalada.

ESPEJOS

ESPEJO PLANO

Los espejos planos los utilizamos con mucha frecuencia. Si eres buen observador te habrás fijado en que la imagen producida por un espejo plano es virtual, ya que no la podemos proyectar sobre una pantalla, tiene el mismo tamaño que el objeto y se encuentra a la misma distancia del espejo que el objeto reflejado

a reflexión suele asociarse al análisis de alguna situación a través del pensamiento. En el ámbito de la física, sin embargo, la reflexión (del latín reflexĭo) es una modificación que se produce en la dirección de una onda o de un rayo. Dicho cambio tiene lugar en el espacio que separa dos medios, lo que hace que la onda o el rayo vuelva a su medio original.

Las lentes con superficies de radios de curvatura pequeños tienen distancias focales cortas y las lentes con superficie de radios de curvaturas grande tienen distancias focales largas. Una lente con dos superficies convexas siempre refractará los rayos paralelos al eje óptico de forma que converjan en un foco situado en el lado de la lente opuesto al objeto.

Una superficie de lente cóncava desvía los rayos incidentes paralelos al eje de forma divergente; a no ser que la segunda superficie sea convexa y tenga una curvatura mayor que la primera, los rayos divergen al salir de la lente, y parecen provenir de un punto situado en el mismo lado de la lente que el objeto. Estas lentes sólo forman imágenes virtuales, reducidas y no invertidas.

Si la distancia del objeto es mayor que la distancia focal, una lente convergente forma una imagen real e invertida. Si el objeto está lo bastante alejado, la imagen será más pequeña que el objeto. En ese caso, el observador estará utilizando la lente como una lupa o microscopio simple.

El ángulo que forma en el ojo esta imagen virtual aumentada (es decir, su dimensión angular aparente) es mayor que el ángulo que formaría el objeto si se encontrara a la distancia normal de visión.

La relación de estos dos ángulos es la potencia de aumento de la lente. Una lente con una distancia focal más corta crearía una imagen virtual que formaría un ángulo mayor, por lo que su potencia de aumento sería mayor.

La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un nodo de un circuito es igual a la suma de todas las intensidades de corriente que salen de el.

•Son de signo positivo las corrientes que fluyen a  un nodo, y negativas las que salen de el la suma algebraica de las corrientes será igual a cero.

 

•Un nodo es un punto de una red eléctrica en el cual convergen tres o mas conductores

 

 

 

 

SEGUNDA LEY DE KIRCHOFF

En un circuito cerrado o malla las caídas de tensión totales en las resistencias son iguales a la tensión total que se aplica al circuito . La suma de las fuerzas electromagnéticas en un circuito cerrado o malla es igual a la suma de todas las caídas de potencial en el circuito.

 

 

La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un nodo de un circuito es igual a la suma de todas las intensidades de corriente que salen de el.

•Son de signo positivo las corrientes que fluyen a  un nodo, y negativas las que salen de el la suma algebraica de las corrientes será igual a cero.

 

•Un nodo es un punto de una red eléctrica en el cual convergen tres o mas conductores

 

 

 

 

SEGUNDA LEY DE KIRCHOFF

En un circuito cerrado o malla las caídas de tensión totales en las resistencias son iguales a la tensión total que se aplica al circuito . La suma de las fuerzas electromagnéticas en un circuito cerrado o malla es igual a la suma de todas las caídas de potencial en el circuito.

 

 

El documento a continuación presentado, muestra la teoría general utilizada para el análisis de circuitos RC, RL y RLC. Se demostrarán sus ecuaciones normales y algunas de sus propiedades físicas.

CIRCUITOS RC

Los circuitos RC son circuitos que están compuestos por una resistencia y un condensador.

Se caracteriza por que la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igual a cero, el condensador está descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en

el circuito. Debido al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula corriente, es por eso que se utiliza una resistencia.

Cuando el condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual a cero.

La segunda regla de Kirchoff dice: V = (IR) - (q/C)

Donde q/C es la diferencia de potencial en el condensador.

En un tiempo igual a cero, la corriente será: I = V/R cuando el condensador no se ha cargado.

Cuando el condensador se ha cargado completamente, la corriente es cero y la carga será igual a: Q = CV

CARGA DE UN CONDENSADOR

Ya se conoce que las variables dependiendo del tiempo serán I y q. Y la corriente I se sustituye por dq/dt (variación de la carga dependiendo de la variación del tiempo):

(dq/dt)R = V - (q/C)

dq/dt = V/R - (q/(RC))

Esta es una ecuación

Diferencial. Se pueden dq/dt = (VC - q)/(RC)

Separar variable dq/(q - VC) = - dt/(RC)

Al integrar se tiene ln [ - (q - VC)/VC)] = -t/(RC)

Despejando q q dt = C V [(1 - e-t/RC )] = q (1- e-t/RC )

El voltaje será

) = V

DESCARGA DE UN CONDENSADOR

Debido a que la diferencia de potencial en el condensador es IR = q/C, la razón de cambio de carga en el condensador determinará la corriente en el circuito, por lo tanto, la ecuación que resulte de la relación entre el cambio de la cantidad de carga dependiendo del cambio en el tiempo y la corriente en el circuito, estará dada remplazando I = dq/dt en la ecuación de diferencia de potencial en el condensador:

q = Q e-t/RC

Donde Q es la carga máxima

La corriente en función del tiempo entonces, resultará al derivar esta ecuación respecto al tiempo:

I = Q/(RC) e-t/RC

Se puede concluir entonces, que la corriente y la carga decaen de forma exponencial.

CIRCUITOS RL

Los circuitos RL son aquellos que contienen una bobina (inductor) que tiene autoinductancia, esto quiere decir que evita cambios instantáneos en la corriente. Siempre se desprecia la autoinductancia en el resto del circuito puesto que se considera mucho menor a la del inductor.

Para un tiempo igual a cero, la corriente comenzará a crecer y el inductor producirá igualmente una fuerza electromotriz en sentido contrario, lo cual hará que la corriente no aumente. A esto se le conoce como fuerza contraelectromotriz.

Esta fem está dada por: V = -L (inductancia) dI/dt

Debido a que la corriente aumentará con el tiempo, el cambio será positivo (dI/dt) y la tensión será negativa al haber una caída de la misma en el inductor.

Según kirchhoff: V = (IR) + [L (dI / dt)]

IR = Caída de voltaje a través de la resistencia.

Esta es una ecuación diferencial y se puede hacer la sustitución:

x = (V/R) - I es decir; dx = -dI

Sustituyendo en la ecuación: x + [(L/R)(dx/dt)] = 0

dx/x = - (R/L) dt

Integrando: ln (x/xo) = -(R/L) t

Despejando x: x = xo e -Rt / L

Debido a que xo = V/R

El tiempo es cero

Y corriente cero V/R - I = V/R e -Rt / L

I = (V/R) (1 - e -Rt / L)

El tiempo del circuito está representado por

---

 = L/R

I = (V/R) (1 - e - 1/

---

)

Donde para un tiempo infinito, la corriente de la malla será I = V/R. Y se puede considerar entonces el cambio de la corriente en el tiempo como cero.

Para verificar la ecuación que implica a

---

 y a I, se deriva una vez y se reemplaza en la inicial: dI/dt = V/L e - 1/

---

Se sustituye: V = (IR) + [L (dI / dt)]

V = [ (V/R) (1 - e - 1/

---

)R + (L V/ L e - 1/

---

)]

V - V e - 1/

---

 = V - V e - 1/

---

OSCILACIONES EN UN CIRCUITO LC

Cuando un condensador se conecta a un inductor, tanto la corriente como la carga den el condensador oscila. Cuando existe una resistencia, hay una disipación de energía en el sistema porque una cuanta se convierte en calor en la resistencia, por lo tanto las oscilaciones son amortiguadas. Por el momento, se ignorará la resistencia.

En un tiempo igual a cero, la carga en el condensador es máxima y la energía almacenada en el campo eléctrico entre las placas es U = Q2máx/(2C). Después de un tiempo igual a cero, la corriente en el circuito comienza a aumentar y parte de la energía en el condensador se transfiere al inductor. Cuando la carga almacenada en el condensador es cero, la corriente es máxima y toda la energía está almacenada en el campo eléctrico del inductor. Este proceso se repite de forma inversa y así comienza a oscilar.

En un tiempo determinado, la energía total del sistema es igual a la suma de las dos energías (inductor y condensador): U = Uc + UL

U = [ Q2/(2C) ] + ( LI2/2 )

CIRCUITO RLC

Un circuito RLC es aquel que tiene como componentes una resistencia, un condensador y un inductor conectados en serie

En un tiempo igual a cero, el condensador tiene una carga máxima (Qmáx). Después de un tiempo igual a cero, la energía total del sistema está dada por la ecuación presentada en la sección de oscilaciones en circuitos LC

U = [ Q2/(2C) ] + ( LI2/2 )

En las oscilaciones en circuitos LC se había mencionado que las oscilaciones no eran amortiguadas puesto que la energía total se mantenía constante. En circuitos RLC, ya que hay una resistencia, hay oscilaciones amortiguadas porque hay una parte de la energía que se transforma en calor en la resistencia.

El cambio de la energía total del sistema dependiendo del tiempo está dado por la disipación de energía en una resistencia:

dU/dt = - I2R

Luego se deriva la ecuación de la energía total respecto al tiempo y se remplaza la dada: LQ´ + RQ´ + (Q/C) = 0

Se puede observar que el circuito RCL tiene un comportamiento oscilatorio amortiguado:

m(d2x/dt2) + b(dx/dt) + kx = 0

Si se tomara una resistencia pequeña, la ecuación cambiaría a :

Q = Qmáx e -(Rt/2L)Cos wt

w = [ (1/LC) - (R/2L)2 ] 1/2

Entre más alto el valor de la resistencia, la oscilación tendrá amortiguamiento más veloz puesto que absorbería más energía del sistema. Si R es igual a (4L/C) ½ el sistema se encuentra sobreamortiguado.

carga

tiempo

 

Cómo se produce el sonido

    El sonido solo se produce sonido cuando un cuerpo vibra muy rápidamente.

La vibración del elástico produce un sonido

    La frecuencia es el número de vibraciones u oscilaciones completas que se efectúan en 1 segundo.

    Se producen sonidos audibles cuando un cuerpo vibra con una frecuencia comprendida entre 20 y 20000 Hz (Hercio, unidad de medida para la frecuencia).

Una guitarra produce sonido si vibra con una frecuencia

comprendida entre 20 y 20000 Hz

 

    El sonido se transmite a través de medios materiales, sólidos, líquidos o gaseosos pero nunca a través del vacío.

   El sonido se produce cuando un cuerpo vibra con una frecuencia comprendida entre 20 y 20000 Hz y existe un medio material en el que pueda propagarse.

    El sonido es una onda. Una onda es una perturbación que se propaga por el espacio. En una onda se propaga energía, no materia.

    El sonido se propaga en el aire a una velocidad de 340 m/s a temperatura normal (aproximadamente a 20º).

Para que el sonido pueda llegar a nuestros oídos necesita un espacio o medio de propagación, este normalmente suele ser el aire la velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s y a 0º es de 331,6 m/s.

La velocidad de propagación es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta y es alrededor de 12 m/s mayor a 20º.

La velocidad es siempre independiente de la presión atmosférica. Como hemos visto cuando mayor sea la temperatura del ambiente menos rápido llegara el sonido a nuestros oídos, es por eso que algunas personas dicen que "en invierno se suele escuchar mejor" es decir, a mayor temperatura menor respuesta del sonido en el aire.

MEDIO	TEMPERATURA (C°)	VELOCIDAD (m/s)
Aire	0	331,46
Argón	0	319
Bióxido de Carbono	0	260,3
Hidrógeno	0	1286
Helio	0	970
Nitrógeno	0	333,64
Oxigeno	0	314,84
Agua destilada	20	1484

ONDAS TRANSVERSALES Y LONGITUDINALES

Una onda longitudinal es una onda mecánica en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales reciben también el nombre de ondas de presión u ondas de compresión. Algunos ejemplos de ondas longitudinales son el sonido y las ondas sísmicas de tipo P generadas en un terremoto.
En teoría de campos también pueden existir ondas no mecánicas de tipo longitudinal, aunque las ondas electromagnéticas son siempre ondas transversales nunca longitudinales debido a que el fotón es una partícula sin masa.
Una onda transversal es una onda en la que cierta magnitud vectorial presenta oscilaciones en alguna dirección perpendicular a la dirección de propagación. Para el caso de una onda mecánica de desplazamiento, el concepto es ligeramente sencillo, la onda es transversal cuando las vibraciones de las partículas afectadas por la onda son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Las ondas electromagnéticas son casos especiales de ondas transversales donde no existe vibración de partículas, pero los campos eléctricos y magnéticos son siempre perpendiculares a la dirección de propagación, y por tanto se trata de ondas transversales.
Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z.

Diatérmicos

-En cuanto diatérmicos se refieren a que el sistema tiene un intercambio de energía con los alrededores, un ejemplo, nosotros, los seres humanos, somos sistemas diatérmicos, ya que estamos intercambiando energía con 

nuestro ambiente.

 

-Se dice que un límite es diatérmico cuando permite que el estado del sistema se modifique sin que haya movimiento del límite. La manera usual de definirlo es que un límite es diatérmico cuando permite el flujo de calor a través de él.

-En cuanto diatérmicos se refieren a que el sistema tiene un intercambio de energía con los alrededores, un ejemplo, nosotros, los seres humanos, somos sistemas diatérmicos, ya que estamos intercambiando energía con nuestro ambiente.

Proceso Adiabático

En proceso adiabatico, el sistema es un sitema aislado, el sistema no   recibe ni entrega calor al entorno (q = 0).

Un ejemplo de sitemas adiabaticos son los termos, se guarda por ejemplo agua caliente y está se mantiene de esta manera pues no deja salir el calor al entorno.

Por lo tanto,  al aplicar  la Primera Ley de la Termodinámica, la variación de la energía interna dependerá únicamente del trabajo realizado o recibido por el sistema.

                                                           

                                                      

Analicemos lo siguiente, para un proceso Adiabático:

• Si el volumen de los gases se contrae, entonces la variación del volumen es negativa, por lo tanto el w tendrá signo positivo.  El entorno ejerce trabajo sobre el sistema.  

        Podemos asegurar que:

                                                
 

• Si el volumen de los gases se expande, entonces la variación del volumen es positiva, por lo tanto el w tendrá signo negativo. El entorno recibe trabajo del sistema.

        Podemos asegurar que :
                                                 

Ejercicio 1.7

PROCESO ISOTÉRMICO

Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente. De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.

Proceso Isobárico
¿Qué es un proceso isobárico? Es aquel sistema termodinámico en el que se presenta una variación en volumen o temperatura y su presión permanece constante.

Recordemos que en un proceso isobárico, la presión permanece constante.

La mayoría de los cambios físicos y químicos ocurren a presión constante.

Por ejemplo, una reacción química, que se realiza en un sistema abierto, la presión es la presión atmosférica y ésta no varía durante el proceso.

Como hemos visto a presión constante:
 
El calor involucrado en el proceso a P = cte. se denota como q_P.

Aplicando la primera ley:


 

reordenando la expresión, podemos llegar a:

          q_P = (E₂ + PV₂) – (E₁ + PV₁)

Los químicos denominan Entalpía (H) al calor de un sistema  a presión constante,
            
Siendo la Entalpía:

•      Propiedad extensiva y
•      Función de estado.

Entonces, en un proceso isobárico la expresión de la Primera Ley de la Termodinámica 

  se puede expresar también como:

                                                                    
El proceso isobárico, en un diagrama PV:

Se puede calcular el trabajo de manera gráfica, ya que él es área bajo la curva. Tengan en cuenta que, si se calcula de manera gráfica, las unidades del trabajo, estarían en atm-L. Normalmente se debe hacer un cambio de unidades a Joule o calorías.