Energía, Trabajo y Calor: Conceptos Clave de Física

Energía

Energía: magnitud física que indica la capacidad que tienen los cuerpos para realizar transformaciones en sí mismos o en otros cuerpos.

Formas de energía

• Energía mecánica: la poseen los cuerpos en movimiento (cinética), al encontrarse a cierta altura (potencial) o por la deformación que han experimentado (elástica).
• Energía eléctrica: la posee la corriente eléctrica.
• Energía nuclear: procede de las reacciones nucleares de fusión y fisión.
• Energía térmica: es la forma de energía que fluye de un cuerpo a otro cuando entre ellos existe una diferencia de temperatura.
• Energía química: la poseen los compuestos existentes en la naturaleza, debido a la energía de sus enlaces.
• Energía radiante: es la que posee la radiación electromagnética.

Fuentes de energía no renovables

• Carbón: roca sedimentaria que se utiliza como combustible en industrias metalúrgicas y centrales térmicas.
• Petróleo: de él se obtiene actualmente la mayor parte de la energía.
• Gas natural: tiene un gran poder calorífico, es limpio y poco contaminante.
• Materiales fisionables y fusionables: en las reacciones nucleares de fusión y fisión se libera gran cantidad de energía.

Fuentes de energía renovables

• Agua embalsada: al estar retenida a gran altura posee energía potencial gravitatoria, que se puede convertir en cinética y está en eléctrica.
• Viento: en las centrales eólicas los aerogeneradores transmiten la energía del viento a un generador eléctrico.
• Sol: sus radiaciones electromagnéticas son absorbidas por las placas solares que se utilizan para calefacción o para obtener electricidad.
• Agua del mar: las centrales mareomotrices y olamotrices aprovechan el movimiento de las aguas para producir electricidad.
• Biomasa: la materia orgánica no fosilizada se utiliza de forma directa como combustible.
• Calor interno de la Tierra: las fuentes termales, las fumarolas y los géiseres son manifestaciones de la energía geotérmica del planeta.

Trabajo

Trabajo: el trabajo de una fuerza constante cuyo punto de aplicación se mueve sobre la trayectoria rectilínea es igual al producto escalar de la fuerza por el desplazamiento.

Julio

Es el trabajo que se realiza cuando la fuerza de 1 newton desplaza su punto de aplicación 1 metro en la misma dirección y sentido de la fuerza.

Fuerza resultante

Es igual a la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

Energía cinética

Es la capacidad que posee un cuerpo para realizar trabajo en virtud de estar en movimiento.

Energía potencial gravitatoria

Es la energía que poseen los cuerpos en virtud de hallarse a cierta altura sobre la superficie de la Tierra.

Energía mecánica

Es la suma de su energía cinética y su energía potencial.

Efectos del calor

• Aumento de la temperatura: se aprecia con el termómetro.
• Cambio del estado de agregación: el paso, por ejemplo, de sólido a líquido.
• Dilatación del cuerpo: advertimos su aumento de tamaño.

Calor específico

Es el calor que debe recibir la unidad de masa de una sustancia para que aumente 1 kelvin su temperatura.

Energía interna

Energía interna: la energía total de las partículas que lo constituyen, es decir, la suma de todas las formas de energía que poseen sus partículas: átomos, moléculas e iones.

Teoría cinético molecular

Las partículas de los cuerpos se mueven constantemente con velocidades variables. Este movimiento recibe el nombre de agitación térmica y revela que poseen energía cinética. Un cuerpo que tiene mayor agitación térmica es aquel cuyas partículas se mueven a mayor velocidad.

La temperatura de los cuerpos

Es una medida de la energía cinética media de sus partículas, de modo que un cuerpo está a mayor temperatura que otro si la energía cinética media de sus partículas es mayor.

Termómetros

Son instrumentos utilizados para medir la temperatura de los cuerpos y se caracterizan por:

• Alcanzar rápidamente la temperatura del cuerpo con el que se ponen en contacto.
• Medir la temperatura de manera indirecta.

Escalas de temperatura

• Celsius: se asigna el valor 0 ºC al punto de fusión normal del agua y 100 ºC al punto de ebullición del agua.
• Kelvin: el punto de fusión normal del agua es 273 K y el de ebullición 373 K.
• Fahrenheit: el punto de fusión normal del agua es 32 ºF y el de ebullición 212 ºF.

Formas de transferencia de calor

• Conducción: la transferencia de calor que tiene lugar por transmisión de energía de unas partículas a otras sin desplazamiento.
• Convección: la transferencia de calor que tiene lugar mediante el movimiento de las partículas de un fluido.
• Radiación: la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin la intervención de partículas materiales que lo transporten.

Teoría cinético molecular y cambios de estado

Esta teoría proporciona la explicación de los cambios de estado:

• La absorción de calor produce un aumento de la energía cinética y potencial de las partículas del cuerpo. Si se vencen las fuerzas atractivas existentes entre ellas, el sólido pasa a líquido y el líquido a gas.
• La cesión de calor supone una disminución de la energía cinética y potencial de las partículas. Esta disminución repercute en un aumento de las atracciones entre ellas, de modo que el gas puede pasar a líquido y el líquido a sólido.