Energía y Calor: Conceptos Fundamentales de Trabajo, Potencia y Tipos de Energía

Energía

Energía: toda causa capaz de producir trabajo.

Trabajo

Trabajo: lo produce cualquier fuerza que provoca el desplazamiento o deformación del cuerpo.

W = F · espacio · cos(X)

Potencia

Potencia: cantidad de trabajo que realiza una fuerza por cada unidad de tiempo.

P = W / t

Unidades

• 1 J = 1 N·m
• 1 CV = 736 W

Equivalencia masa-energía

E = m (kg) · c² (c = velocidad de la luz)

Calor

Calor: manifestación de energía que se transfiere de un cuerpo a otro cuando entre ambos existe una diferencia de temperatura.

Transmisión de calor: consecuencia del movimiento de átomos y moléculas que forman la materia.

Mecanismos de transmisión

1. Conducción: por contacto físico de los cuerpos, desde el más caliente hasta alcanzar la misma temperatura.
2. Convección: se da en fluidos, como el agua en un recipiente.
3. Radiación: cuando los cuerpos ceden energía calorífica en forma de ondas electromagnéticas (por ejemplo, el Sol).

Medición del calor

Para medir el calor se utiliza la caloría.

Equivalente mecánico del calor: 1 J = 0,24 calorías

J = W / cantidad de calor

Tipos de energía

La energía se clasifica en tres categorías:

1. Energía interna

Se trata de la energía de combustibles y la energía química liberada, por ejemplo, en el agua. Depende de la velocidad y de la posición relativa de las partículas elementales en la estructura microscópica de la materia.

Energía química

Energía almacenada que poseen los cuerpos (carbón, petróleo, gas). Forman un grupo de combustibles fósiles que, al producir su combustión, provocan energía térmica.

Reacción química: proceso en el cual una sustancia (reactivo) se transforma en otra (producto).

• Exotérmica: desprende calor.
• Endotérmica: absorbe calor.

Pilas

Otra reacción química: en las pilas, el electrodo negativo (cátodo) y el positivo (ánodo) se sumergen en un líquido ácido denominado electrolito.

Origen animal

Una de las primeras formas de energía: energía muscular.

2. Energía externa

Depende de la velocidad macroscópica y de la posición relativa de los cuerpos (olas, viento, mareas).

• Energía cinética: la que poseen todos los cuerpos en movimiento. E_c = ½ · m · v²
• Energía potencial: la que posee un cuerpo de masa m cuando ocupa una posición determinada. E_p = m · g · h

Principio de conservación de la energía mecánica: E_mecánica = E_cinética + E_potencial

3. Energía en transición

Energía difícil de recuperar, en constante degradación, que se manifiesta como calor, trabajo y luz.

Energía luminosa

El Sol es la fuente natural de energía en forma de luz. La velocidad de la luz en el vacío es de 3 · 10⁸ m/s.

Energía solar

La energía que recibe la Tierra procede de las radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol.

Energía solar indirecta

Se aprovecha a través de la energía eólica, la fotosíntesis, la hidráulica y la biomasa.

Energía solar directa

Se aprovecha mediante paneles solares y la radiación solar para producir electricidad directamente, mediante pilas solares o fotovoltaicas, capaces de generar corriente eléctrica a partir de la energía del Sol sin necesidad de movimiento mecánico.