Investigación y análisis personal de algunos conceptos de física.

1. UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
CARRERA DE MÉDICO Y CIRUJANO
FÍSICA
ING. ALESANDRO LÓPEZ
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
202141266 CÉSAR ABRAHAM HERNÁNDEZ HERRERA
HUEHUETENANGO, 22 DE SEPTIEMBRE DE 2021

2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN 1
TERMODINÁMICA 2
ANÁLISIS 4
MAGNETISMO 5
ANÁLISIS 7
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN 8
ANÁLISIS 10
ÁTOMOS Y NÚCLEOS 12
ANÁLISIS 14
CONCLUSIONES 15
BIBLIOGRAFÍA 16

3. 1
INTRODUCCIÓN
Muestra civilización material nos arrastra a gran velocidad hacia un fin que nadie
puede prever ni aun sospechar. Esta velocidad crece sin cesar. Los últimos 100
años han visto más cambios que un millar de años de los imperios antiguos y más
que cien mil años de la edad de piedra. Este cambio, en gran parte, ha provenido
de las aplicaciones de la ciencia física, la cual, mediante el empleo del vapor, de la
electricidad y del petróleo, y por medio de varias artes industriales, afecta ahora a
casi todos los momentos de nuestra existencia.
Empleada en medicina y cirugía puede salvarnos la vida, y aplicada a la guerra
puede envolvernos en la absoluta ruina. En sus aspectos más abstractos ha ejercido
una poderosa influencia en nuestras filosofías, en nuestras religiones y en nuestra
concepción total de la vida.
La presente investigación aspira a describir y analizar de manera ordenada cuatro
temáticas relacionadas a la física, las cuales son: la termodinámica, el magnetismo,
la radiación y los átomos. Indagando en conceptos importantes de cada uno de los
tópicos y comprendiendo de manera objetiva lo investigado.

4. 2
TERMODINÁMICA
Es el apartado de la física que se encarga de estudiar el trabajo (transferencia) del
calor. El desarrollo de la termodinámica se inició hace unos 200 años y fue resultado
de los intentos por crear máquinas de calor. La máquina de vapor fue uno de los
primeros dispositivos de este tipo, fue diseñado para convertir el calor en trabajo
mecánico.
Es una ciencia que describe sistemas con tal número de partículas que resulta
imposible utilizar las leyes de Newton (que rigen la dinámica ordinaria) para
estudiarlas. Por ello, aunque la física subyacente es la misma que para los demás
sistemas, generalmente usamos otras variables, las macroscópicas, como presión
y temperatura, para describir los sistemas termodinámicos en su totalidad.
En termodinámica, el término sistema se refiere a una cantidad definida de materia
encerrada por fronteras o superficies, ya sean reales o imaginarias. No es necesario
que las fronteras de un sistema tengan forma ni volumen definidos.
Algo muy importante es el intercambio de energía entre un sistema y su entorno.
Tal intercambio podría efectuarse por transferencia de calor o por la realización de
trabajo mecánico, o por ambas. Si es posible transferir calor entre un sistema y su
entorno, se refiere a un sistema térmicamente aislado. No obstante, podría
efectuarse trabajo sobre un sistema así, y ello implicaría una transferencia de
energía.

5. 3
Cuando entra y sale calor en un sistema, se absorbe o se cede calor al entorno, o
a un depósito de calor. Este puede sacar una cantidad ilimitada de calor de un
depósito de calor, o añadirse a él, sin altera significativamente su temperatura.
Así como hay ecuaciones de cinemática para describir el movimiento de un objeto,
hay ecuaciones de estado para describir las condiciones de los sistemas
termodinámicos. Una ecuación así expresa una relación matemática entre las
variables termodinámicas de un sistema.
Un proceso es cualquier cambio en el estado –las coordenadas termodinámicas- de
un sistema.
La termodinámica establece cuatro leyes fundamentales: el equilibrio
termodinámico (o ley cero), el principio de conservación de la energía (primera ley),
el aumento temporal de la entropía (segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto
(tercera ley).

6. 4
ANÁLISIS
La relevancia del calor estriba en el hecho de ser un fenómeno necesario para el
desarrollo de la vida. El calor es un hecho que percibimos continuamente en nuestra
existencia cotidiana; esta circunstancia hace que en ocasiones reflexionemos poco
acerca de su importancia, de sus causas y de la forma en que puede utilizarse. El
mismo es un proceso de transmisión de energía, transmisión que tiene lugar entre
la materia. Gracias a este proceso es posible el desarrollo de la vida en la Tierra
dado que la energía del sol calienta la superficie y esta temperatura se proyecta a
la atmósfera.
El calor es el responsable de dilatar los cuerpos y contraerlos, el de mantener un
equilibrio térmico en nuestra atmósfera y nuestro cuerpo, el de que exista
fotosíntesis, ciclo del agua, tormentas, etc.
Simplemente sin el calor no dejaría de existir solamente la Tierra y la vida que hay
en ella; si no que desaparecería el completo universo, porque de calor fue de lo que
se formó y por calor es por lo que sé está moviendo.
El calor es un fenómeno que está estrechamente ligado al movimiento. En efecto,
de hecho, la temperatura refiere al grado de vibración que tienen las partículas de
un determinado cuerpo. Por supuesto, este fenómeno se da a nivel microscópico,
pero está presente en cualquier objeto. La temperatura hará por lo tanto referencia
a la energía cinética, a este movimiento invisible en las partículas. Cuando dos
cuerpos de distinta temperatura se tocan, lo que se comprueba es que el cuerpo
más caliente pierde algo de su temperatura, mientras que el más frio gana un poco
de la misma; en otras palabras, tienden a equilibrarse en este sentido.
Esta circunstancia significa que las partículas del cuerpo con mayor temperatura
irán paulatinamente bajado su grado de movimiento, mientras que las del cuerpo
con menor temperatura comenzarán a aumentar en lo que respecta a movimiento.

7. 5
MAGNETISMO
Se refiere al conjunto de fenómenos físicos mediados por campos magnéticos.
Cuando se habla de magnetismo, se tiende a pensar en una atracción, pues, se
sabe que es posible levantar algunos objetos con un imán. Probablemente se ha
visto picaportes magnéticos que sujetan puertas de casilleros, o imanes para pegar
notas sobre la puerta del refrigerador; es menos probable que alguien piense en la
repulsión. Sin embargo, existen las fuerzas magnéticas de repulsión, y son tan útiles
como las de atracción.
El magnetismo se asocia con la electricidad, pues son distintos aspectos de una
misma fuerza: el electromagnetismo; donde se describe la interacción de las
partículas cargadas con los campos eléctricos y magnéticos. Es una de las cuatro
fuerzas fundamentales del universo mismo, e interactúan a través del intercambio
de sus fotones.
El electromagnetismo es la rama de la física que se encarga de unificar los
conceptos y fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría.
Una de las propiedades de una barra de imán común es que tiene dos “centros” de
fuerza, llamados polos cerca de cada uno de sus extremos. Para evitar confusiones
con la notación de la carga eléctrica, positiva y negativa, a esos polos se les llama
norte (N) y sur (S).
Esta terminología proviene del primer uso que se dio a la brújula magnética, es
decir, el de determinar la dirección. El polo norte de un imán de brújula se definió

8. 6
históricamente como el extremo que da hacia el norte, que es el que apunta al norte
de la Tierra. El otro extremo se llamó sur o polo sur. Los polos magnéticos iguales
se repelen, y los polos magnéticos diferentes se atraen.
El campo eléctrico (vector) se define como la fuerza por unidad de carga en
cualquier punto en el espacio E = 𝑭𝑒/𝑞𝑜
. De manera similar, las interacciones
magnéticas se describen en función del campo magnético, una cantidad vectorial
representada por el símbolo B. Así como existen campos eléctricos en la cercanía
de cargas eléctricas, los campos magnéticos rodean a los imanes permanentes.

9. 7
ANÁLISIS
El estudio de los Objetos Inertes está enfocado no solo en lo que respecta al análisis
de su Morfología y Apariencia, sino también a distintos factores que son estudiados
por la Física y Química, describiéndose lo que son conocidas como las Propiedades
de la Materia y las distintas cualidades que le infiere su interacción con otros objetos
como también su capacidad de combinarse y formar nuevas sustancias.
Entre estas propiedades una de las más importantes es la de Magnetismo, siendo
la capacidad que tienen muchos objetos de poder atraerse entre sí, generándose lo
que es conocido como Atracción o Repulsión, siendo esta última todo lo contrario,
siendo la separación o la incapacidad de ser juntados, inclusive pudiendo
impulsarse y alejarse mediante la acción de una Energía Magnética que rechaza
esta unión.
La mayoría de los materiales que cuentan con esta Propiedad Física se encuentran
en el grupo de los elementos químicos Metales, presentándose en la mayoría de
ellos lo que es conocido como Campo Magnético dada por la presencia de
Electrones Libres, además de conferirle un brillo o iluminación que es justamente
una Radiación Electromagnética.
Los materiales que tienen una alta capacidad de Magnetismo son conocidos bajo el
nombre de Imanes, teniendo distintos materiales para que se de dicha condición
(generalmente Cobalto, Hierro o Níquel, con sus respectivas aleaciones) y poseen
como condición fundamental la existencia de una Alineación de Electrones que en
su mayoría o totalidad deben tener la misma dirección.
De por sí, los metales por su esencia los Electrones tienen la capacidad de generar
fuerzas de Atracción o Repulsión mediante las cuales se da la formación de
Compuestos Químicos, funcionando mediante Enlaces Electrónicos, por lo que para
que se dé la aparición del Magnetismo es fundamental analizar lo que es conocido
como Configuración Electrónica siendo ésta la distribución y alineación de los
electrones de los niveles externos.

10. 8
EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA RADIACIÓN
Los seres vivos han interactuado desde el inicio de su evolución con las radiaciones
ionizantes, las no ionizantes y los agentes químicos provenientes de fuentes
naturales. Estas interacciones vienen incrementándose con la aparición de las
fuentes artificiales que están siendo usadas en diferentes áreas de la actividad
humana: industria, medicina, investigación y hogares. La importancia de conocer
cuáles son los efectos biológicos producidos por estos agentes y si ellos son
benéficos o no para la salud humana constituye en la actualidad una necesidad
primordial. En términos generales con relación a cualquier tipo de radiación, al
interactuar con las moléculas, estas ceden parte de su energía. El tipo de radiación
y su energía pueden ser suficientes para extraer un electrón, proceso llamado
ionización, o excitar un átomo constituyente pasando un electrón a un estado
energético superior, o si la energía no es suficiente para transformar su
configuración electrónica, puede aumentar la velocidad de translación, rotación o
vibración de las moléculas.
El sievert es una medida de denominación másica que cuantifica el efecto sobre la
salud de bajos niveles de radiación ionizante en la materia viva. Es de importancia
en dosimetría y protección radiológica, y lleva el nombre de Rolf Maximilian Sievert,
un físico médico sueco reconocido por su trabajo en la medición de la dosis de
radiación y la investigación de los efectos biológicos de la radiación. A continuación,

11. 9
se muestra un cuadro con la cantidad de milisieverts (mSv) a las que puede estar
expuesto un ser humano en diferentes circunstancias:

12. 10
ANÁLISIS
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la
convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto,
sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se
aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas
electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse
mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la
radiación electromagnética es la teoría cuántica. En 1905, Albert Einstein sugirió
que la radiación presenta a veces un comportamiento cuantizado: en el efecto
fotoeléctrico, la radiación se comporta como minúsculos proyectiles llamados
fotones y no como ondas. La naturaleza cuántica de la energía radiante se había
postulado antes de la aparición del artículo de Einstein, y en 1900 el físico alemán
Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica
estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La expresión
matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la intensidad de
la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con
la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe
un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal “cuerpo negro” emite radiación
ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una
intensidad algo menor.
La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante emitida se
denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía emitida
por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. Como puede
demostrarse a partir de la ley de Planck: todas las sustancias emiten energía
radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es
la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir
radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque un
cubito de hielo emite energía radiante de forma continua, se funde si se ilumina con
una lámpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la que
emite.

13. 11
Las superficies opacas pueden absorber la radiación, generalmente, las superficies
mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las
superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates.
Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos
emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores.
Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena
absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la
transferencia total de calor al contenido de la cazuela.
Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir
grandes cantidades de radiación. Se observa experimentalmente que las
propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una sustancia dependen de la
longitud de onda de la radiación incidente. Este tipo de radiación es la responsable
de transmisión de calor en el efecto invernadero.
Además de los procesos de transmisión de calor que aumentan o disminuyen las
temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisión de calor también puede
producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua

14. 12
ÁTOMOS Y NÚCLEOS
El átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene
propiedades de un elemento químico. Cada sólido, líquido, gas y plasma se
compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son microscópicos; los
tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un metro).
No obstante, los átomos no tienen límites bien definidos y hay diferentes formas de
definir su tamaño que dan valores diferentes pero cercanos. Los átomos son lo
suficientemente pequeños para que la física clásica dé resultados notablemente
incorrectos. A través del desarrollo de la física, los modelos atómicos han
incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento.
Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo. El
núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número similar de
neutrones. Los protones y los neutrones son llamados nucleones. Más del 99,94 %
de la masa del átomo está en el núcleo. Los protones tienen una carga eléctrica
positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones no tienen
carga eléctrica. Si el número de protones y electrones son iguales, ese átomo es
eléctricamente neutro. Si un átomo tiene más o menos electrones que protones,
entonces tiene una carga global negativa o positiva, respectivamente, y se
denomina ion (anión si es negativa y catión si es positiva).
Los electrones de un átomo son atraídos por los protones en un núcleo atómico por
la fuerza electromagnética. Los protones y los neutrones en el núcleo son atraídos
el uno al otro por una fuerza diferente, la fuerza nuclear, que es generalmente más
fuerte que la fuerza electromagnética que repele los protones cargados
positivamente entre sí. Bajo ciertas circunstancias, más acentuado cuanto mayor
número de protones tenga el átomo, la fuerza electromagnética repelente se vuelve
más fuerte que la fuerza nuclear y los nucleones pueden ser expulsados o
desechados del núcleo, dejando tras de sí un elemento diferente: desintegración
nuclear que resulta en transmutación nuclear.

15. 13
El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra
más del 99,9 % de la masa total del átomo.
Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen
unidos por medio de la interacción nuclear fuerte y detallada la cual permite que el
núcleo sea estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí (como los polos
iguales de dos imanes). La cantidad de protones en el núcleo (número atómico),
determina el elemento químico al que pertenece. Los núcleos atómicos no
necesariamente tienen el mismo número de neutrones, ya que átomos de un mismo
elemento pueden tener masas diferentes, es decir son isótopos del elemento.
Modelos atómicos:
La existencia del núcleo atómico fue deducida del experimento de Rutherford, donde
se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicos
de helio emitidos por rocas radiactivas. La mayoría de esas partículas traspasaban
la lámina, pero algunas rebotaban, lo cual demostró la existencia de un minúsculo
núcleo atómico.

16. 14
ANÁLISIS
El átomo es muy importante en la composición de la materia ya que es la unidad
más pequeña posible de un elemento químico, o sea, es la base de la formación de
todas las moléculas. La palabra átomo se empleaba para referirse a la parte de
materia más pequeño que podía concebirse. En física y química, el átomo es la
unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus
propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. El núcleo
representa el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto de bariones llamados
protones y neutrones, rodeados por una nube de electrones, que, en un átomo
neutro, igualan el número de protones. Es la porción más pequeña de la materia. El
primero en utilizar este término fue Demócrito, porque creía que todos los elementos
deberían estar formados por pequeñas partículas que fueran indivisibles. Átomo, en
griego, significa Indivisible. Hoy día sabemos, que los átomos no son, como creía
Demócrito, indivisibles.
El progreso técnico en todas las ramas principales de la ciencia y de la industria es
imposible sin la ayuda de la energía atómica. No se trata únicamente de encontrar
una potente fuente de energía que sea barata, que ocupe poco espacio y que no
sea perjudicial para el medio ambiente (ventajas estas que de por sí son muy
importantes) sino también de establecer un programa de investigación acerca de
nuevos materiales cuyas propiedades son vitales para la tecnología:
semiconductores, aleaciones superconductivas, supermagnetos, etc. Estos
materiales condicionan el progreso científico y técnico en electrónica, tecnología de
la radio y la electricidad, e ingeniería moderna.
Sin conocer las leyes que rigen el movimiento y comportamiento de las
micropartículas no se puede progresar en esas ramas.
La ciencia y la tecnología nucleares, desbordando el marco de los acuerdos
generales, han cristalizado en un plano aparte de cooperación que permite a ambos
países evitar la duplicación de esfuerzos y el desgaste innecesario de recursos
humanos y materiales.

17. 15
CONCLUSIONES
• La física ha influenciado en muchos aspectos s la civilización humana.
Aportando una gran cantidad de bases en otras materias para lograr avances
tecnológicos y científicos.
• El calor es un fenómeno necesario. No solamente para la vida, también para
la existencia misma. Comprender su manifestación y las maneras en las que
reacciona a diferentes circunstancias ha ayudado al ser humano a saber
aprovecharlo.
• El magnetismo es la capacidad que tienen muchos objetos de poder atraerse
entre sí, generándose lo que es conocido como atracción o repulsión.
• Los seres humanos no tienen demasiado contacto con la radiación. Aún con
el aumento de fuentes en la vida cotidiana, la cantidad sigue siendo bastante
baja.
• El átomo es la unidad más pequeña de la materia, es la base de la formación
de todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

18. 16
BIBLIOGRAFÍA
• Wilson. Física. Vol. 6. Londres, Inglaterra: Prentice Hall & IBD; 1997.
[Consultado el 18 de septiembre de 2021]