TRABAJO Y ENERGÍA
ENERGÍA
La energía es una cualidad de los cuerpos que permite que se puedan producir cambios en
ellos mismos y en otros
Formas de presentarse la energía:
 Energía química: la energía de los alimentos y de la gasolina
 Energía eléctrica: como la suministrada por la batería de un coche
 Energía de movimiento debida a la velocidad del móvil
 Energía de posición debida a la altura sobre el suelo en la que se encuentra
el móvil
 Energía luminosa como aquella que radia una bombilla
 Otras (como la calorífica, eólica, térmica, atómica, ...)
La energía se presenta en formas diversas y se puede transformar de una en otra
La energía se conserva en los cambios, aunque se degrada al pasar de formas más útiles a
menos útiles
Energía
mecánica
Energía
cinética
Energía
potencial
ENERGÍA CINÉTICA
 Es la energía que posee un cuerpo en virtud de su estado en movimiento
 Todo cuerpo en movimiento tiene capacidad de realizar un trabajo, el cual se pone
de manifiesto cuando el objeto se detiene bruscamente (estrellándose por
ejemplo). Dicha energía se invierte en un trabajo de destrozo.
 Es directamente proporcional al producto de la masa del cuerpo por el cuadrado de
su velocidad.
Ec 
La bala tiene mucha
energía cinética por
salir con velocidad
muy elevada
1
2
mv
2
El tren tiene mucha
energía cinética por
tener una gran masa
ENERGÍA POTENCIAL
 Es la energía que posee un cuerpo en virtud de su
estado de reposo

 Esta energía es debida a la posición que ocupan los
m2
cuerpos respecto al centro de la Tierra. Por eso se
llama energía potencial gravitatoria
h2
Ep = m g h
Si m1 = m2 y h2  h1

h1
m1
 Ep 2  Ep1
 Hay otras clases de energía potencial, como por ejemplo:
- Un muelle estirado tiene energía almacenada, llamada energía potencial
elástica, capaz de realizar un trabajo para recuperar su forma inicial
- Un combustible, posee energía potencial química capaz de liberar calor
- Un condensador cargado almacena energía potencial eléctrica capaz de
encender una lámpara
CALOR Y TEMPERATURA: INTERCAMBIO DEL
CALOR COMO FORMA DE TRANSFERENCIA DE
ENERGÍA
•
•
Pese a que los cambios que pueden producirse en los sistemas son
muy variados, el modo en que los sistemas intercambian energía solo se
produce de dos formas: mediante el calor y el trabajo.
Mediante el calor. El Intercambio térmico se produce, entre dos
sistemas que se encuentren en desequilibrio térmico; esto es a diferente
temperatura. Pasa del de mayor temperatura a menor. Dos sistemas a
igual temperatura se encuentran en equilibrio térmico.
Mediante trabajo. El intercambio mecánico se da cuando las fuerzas
actúan sobre los cuerpos y se desplazan, deforman o modifican de algún
modo su movimiento. Es el tipo de intercambio energético que se produce
en las máquinas: un coche, una grúa, una lavadora.
El calor y el trabajo son dos magnitudes físicas. Al ser formas de
transferencia de energía, el calor y el trbajo se miden en las mismas
unidades que la energía: en julios (j) o kilojulios (.1Kj = 1000 j)
EFECTOS DE LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA TÉRMICA
•
Si ponemos en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, el que posee más
energía térmica la cede al otro en forma de calor, hasta que se igualan las
temperaturas. Entonces la energías de los dos cuerpos también son iguales y se
ha alcanzado el equilibrio térmico.
T1
•
•
T2
T
T
T1 > T 2
T = T
El aporte o perdida de calor de un cuerpo produce cambios en su energía
interna y por tanto, de su temperatura. Este aumento o disminución de la energía
térmica, produce cambios de estado, dilataciones y contracciones,
transformaciones químicas, etc…
La dilatación y la contracción de los cuerpos se producen porque, al aumentar o
disminuir su energía interna, las moléculas se agitan más o menos. Entonces las
distancias entre ellas varían y también los espacios en los que se agitan. Si se
agitan más se produce un aumento de tamaño del cuerpo (dilatación) y si se agitan
menos una disminución (contracción).
ENERGÍA TÉRMICA
Agua fría
Agua templada
Agua caliente
 Cuando dos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en contacto, al cabo de cierto
tiempo se acaban igualando sus temperaturas. Se dice que se ha logrado el
equilibrio térmico

Se define temperatura como la propiedad común a los cuerpos que se encuentran en
equilibrio térmico

La temperatura se mide con los termómetros

El termómetro alcanza el equilibrio térmico con la muestra y nos indica la
temperatura de la misma
8
TERMÓMETROS
• Un termómetro es un instrumento que permite medir
la temperatura de un sistema.
• Una forma usual de construirlo es utilizando una
sustancia que tenga un coeficiente de dilatación que
permanezca aproximadamente constante, como el
mercurio (Hg).
• Dicha sustancia se dispone dentro de un tubo de
vidrio graduado, de manera que las variaciones de
temperatura conllevan una variación de longitud que se
visualiza a lo largo de la escala.
• Tipos:
– MERCURIO
– ALCOHOL
– ELECTRICO
CALOR, TEMPERATURA Y EQUILIBRIO
TÉRMICO
Calor y temperatura son conceptos diferente.
El calor es energía en movimiento, es decir energía térmica transferida de un
sistema que está a mayor temperatura, a otro que está a menor.
La temperatura es la magnitud física que mide la cantidad de energía térmica
que tiene un cuerpo o un sistema.
Las moléculas que forman todos los cuerpos están siempre en movimiento.
La temperatura nos informa del grado de agitación de las partículas de un
cuerpo y equivale al valor promedio de la energía de todas sus partículas.
La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin (K) de la escala
absoluta. Pero la escala que se utiliza normalmente es la escala Centígrada, en
la que la unidad es el grado centígrado (ºC) es la temperatura de fusión del
hielo; y el valor de 100ºC, es la temperatura de ebullición del agua.
Equivalencia: entre grados centígrados y grados Kelvin es:
0ºC = 273 K
0 K = - 273º C
Escalas termométricas
 Escala Celsius (ºC)
Establecido por Anders Celsius en
1741
Utiliza dos temperaturas de referencia
que se llaman puntos fijos
Se divide el intervalo en 100 partes
siendo cada una de ellas 1 ºC
100 ºC
0 ºC
Hielo fundente
(0 ºC)
Agua hirviendo
(100 ºC)
 Escala Fahrenheit (ºF)
Utilizada en el mundo anglosajón y emplea los mismos puntos fijos que la escala
centígrada pero los marca con los números 32 (fusión) y 212 (ebullición),
dividiendo el intervalo en 180 partes, siendo cada una, un grado Fahrenheit (1 ºF)
T (º C )
100

T (º F ) - 32
180
 Escala Kelvin (ºK)
Propuesta por Lord Kelvin en 1854. Es la llamada escala de temperaturas absolutas
Sitúa el 0 ºK en la temperatura a la que las moléculas de un cuerpo, no poseen
energía cinética (-273,16 ºC)
T (ºK) = T (ºC) + 273,16
EL CONCEPTO DE TEMPERATURA
T1
T2 > T 1
 Las partículas del gas son muy pequeñas comparadas con la distancia que las separa
 Las partículas están en continuo movimiento, chocando entre sí y contra las paredes
 Se mueven en todas direcciones, con velocidades distintas en módulo
 El número de partículas cuya velocidad tiene el mismo módulo, presenta un máximo
para cada temperatura, el cual crece con la temperatura del gas
 La teoría cinética explica la presión del gas como consecuencia de los choques, así
como la temperatura, que es directamente proporcional a la energía cinética media
de translación por partícula Ec  3 k T / k es la cte de Boltzmann cuyo valor es
2
k = 1,38 10-23 J/molécula
PROPAGACION DEL CALOR
•
•
•
•
•
El calor se propaga por conducción, por convección y por radiación.
La conducción del calor se produce preferentemente cuando la energía se
transmite a través de cuerpos sólidos. Por ejemplo, al calentar el extremo de una
varilla metálica, las partículas se agitan mas y transmiten esas vibraciones a las
partículas que tienen a su lado, y la temperatura va aumentando hacia el otro
extremo.
Unas sustancias conducen el calor mejor que otras, esto permite clasificarlas en
conductoras y aislantes del calor. Por ejemplo, los metales son muy buenos
conductores del calor, sin embargo la madera, el plástico o el aire no son buenos
conductores, son aislantes.
La convección del calor se produce en los líquidos y en los gases porque sus
moléculas se mueven con cierta libertad. La zona que se calienta, se dilata y al
adquirir menor densidad asciende. Su lugar es ocupado por las partículas de las
zonas mas frías. Así se producen unas corrientes de gas o de líquido que
ascienden y otras bajan, son las corrientes de convección, importantes para
explicar los fenómenos atmosféricos, como calienta la calefacción el interior de
una vivienda, las corrientes marinas, como se calienta en la cocina el líquido de un
recipiente, etc…
La radiación del calor la producen todos los cuerpos por el hecho de tener
temperatura, y es mayor cuanto mas temperatura tiene el cuerpo. El calor se
propaga igual que la luz, las ondas de radio y de TV, las microondas, etc., se puede
propagar incluso por el vacío, como ocurre en el Universo, con el calor que irradian
las estrellas.
TEMPERATURA : Es la manifestación externa del estado de movimiento de las
partículas de un cuerpo. Nos informa sobre la energía interna de dicho cuerpo.
Q
T1
T2
El sistema se encuentra
a temperatura T1
El sistema recibe una
cantidad de calor Q
La temperatura final del
sistema es T2 > T1
 Cantidad de calor es la energía que intercambian dos sistemas a distinta temperatura
hasta alcanzar el equilibrio térmico
 La cantidad de calor Q aportada al sistema es Q = C (T2 - T1)
 La constante de proporcionalidad es la capacidad calorífica del cuerpo (J/grado)
 El calor específico de la sustancia es la capacidad calorífica por unidad de masa:
ce  C
m
Se mide en J/kg . K, o bien J/kg . ºC
 En consecuencia diremos que:
Q = m ce (T2 - T1)
EL CALOR PRODUCE CAMBIOS DE ESTADO
Sublimación
Fusión
Lf
SÓLIDO
Vaporización
Lv
LÍQUIDO
Solidificación
GAS
Licuefacción o condensación
Sublimación
Cambios progresivos ()
( absorben Q )

Cambios regresivos ()
( desprenden Q )
Calor latente de cambio de estado L es la cantidad de calor que necesita una unidad
de masa de una sustancia para cambiar de estado Q = m L
CAMBIO DE ESTADO DE LA MATERIA
•
Cuando un cuerpo alcanza la temperatura de cambio de estado, este comienza,
pero mientras que se realiza, la temperatura del cuerpo permanece constante.
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Diapositiva 1 - Biología y Geología "Amor de Dios"