Energía: definición, unidades y fórmulas esenciales de trabajo y potencia

Resumen

El documento define la energía como la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo o aportar calor, con ejemplos de energía elástica y potencial. Después repasa las principales unidades de energía (julio, caloría, kW·h, electrón-voltio y kilográmetro) con sus equivalencias. Por último introduce las fórmulas de trabajo y potencia, útiles para resolver problemas básicos de física.

Puntos clave

La energía es la capacidad de un cuerpo o sistema para realizar trabajo (W) o aportar calor (Q).
La energía se mide en las mismas unidades que el trabajo; la unidad del Sistema Internacional es el julio (J), con J = N · m.
1 cal = 4,18 J y 1 kW·h = 3,6 · 10^6 J.
1 eV = 1,602 · 10^-19 J; se usa en física de partículas y nuclear.
El trabajo se calcula como W = F · d · cos α.
La potencia es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado; su unidad en el SI es el vatio (W).

Ponte a prueba

1. ¿Qué es la energía?

Energía (E)

La energía es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para realizar trabajo (W) o aportar calor (Q).

Ejemplos

Un muelle comprimido posee energía elástica, ya que al dejarlo en libertad puede empujar a un objeto y realizar trabajo. Una pistola de paintball.
Una masa de agua embalsada a cierta altura posee energía potencial porque al caer puede mover los álabes de una turbina, produciendo trabajo mecánico.

1.1 Unidades de energía

La energía se identifica con el trabajo; de ahí que se mida en las mismas unidades:

El julio (J)

Definición: Es el trabajo que realiza una fuerza de un newton al desplazar su punto de aplicación un metro en la misma dirección.

J = N · m = W · s

La caloría (cal)

Definición: Es la cantidad de calor necesaria para elevar, a la presión normal, la temperatura de un gramo de agua desde 14,5 °C hasta 15,5 °C.

1 cal = 4,18 J

kW·h (kilovatio-hora)

Definición: Se utiliza como unidad de medida de energía eléctrica. Es la energía consumida o desarrollada por una máquina de 1 kW de potencia durante 1 hora.

1 kW·h = 3,6 · 10⁶ J

Electrón-voltio (eV)

Definición: Se utiliza en física de partículas y nuclear y se define como la energía que adquiere un electrón al moverse entre dos puntos con una diferencia de potencial de 1 voltio.

1 eV = 1,602 · 10^-19 J

Kilográmetro = kilopondímetro (kgm o kpm)

Definición: Es el trabajo realizado por una fuerza equivalente al peso de 1 kilogramo al desplazar su punto de aplicación 1 metro en la misma dirección.

1 Kgm = 1 Kpm = 9,8 J

Trabajo

Definición: Definimos trabajo como el producto de la fuerza aplicada a un cuerpo por la distancia que recorre su punto de aplicación y por el coseno del ángulo formado entre las direcciones de ambos.

W = F · d · cos α

Potencia

Definición: Definimos potencia como el cociente que resulta de dividir el trabajo realizado entre el tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el vatio (W).

Preguntas frecuentes

¿Qué es la energía en física?

Es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para realizar trabajo o aportar calor. Un muelle comprimido, por ejemplo, posee energía elástica.

¿Cuál es la unidad de energía en el Sistema Internacional?

El julio (J), que equivale a un newton por metro (J = N · m). Es el trabajo que realiza una fuerza de un newton al desplazar su punto de aplicación un metro.

¿Cómo se calcula el trabajo?

Se calcula como el producto de la fuerza aplicada, la distancia recorrida por su punto de aplicación y el coseno del ángulo entre ambas direcciones: W = F · d · cos α.

¿Qué es la potencia?

Es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado. Su unidad en el Sistema Internacional es el vatio (W).