Energía: Tipos, Transformación y Medición - Conceptos Clave

La Energía: Definición y Conceptos Fundamentales

La energía es la capacidad que tiene un sistema material para producir cambios en otro sistema material o en sí mismo.

Sistema Material

Se define como cualquier forma de materia cuyos límites pueden ser imprecisos. Si tiene límites definidos, se denomina cuerpo.

Clasificación de Sistemas Materiales

• Abiertos: Pueden intercambiar tanto materia como energía.
• Cerrados: Solo intercambian energía, pero no materia.
• Aislados: No intercambian ni energía ni materia con su entorno.

La energía se mide en julios (J).

Características de la Energía

• La energía se presenta en muchas formas, agrupadas principalmente en: mecánica, interna y electromagnética.
• La energía se transfiere de un sistema material a otro mediante:
  • Calor: Debido a una diferencia de temperatura.
  • Trabajo: Empleo de una fuerza que provoca un desplazamiento.
• La energía se transforma. Por ejemplo, una pila proporciona energía eléctrica a partir de energía química.
• La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma (Principio de Conservación de la Energía).
• La energía se degrada, ya que no todas las formas de energía son útiles para producir trabajo.

Trabajo, Potencia y Máquinas

Trabajo

Es un mecanismo de transferencia de energía de un sistema a otro, basado en el empleo de una fuerza que provoca un desplazamiento. Si no hay desplazamiento, no hay trabajo. Un julio (J) es el trabajo realizado por una fuerza de un newton (N) cuando su punto de aplicación se desplaza un metro en la misma dirección y sentido que la fuerza.

Potencia

Es la rapidez con que se realiza un trabajo. Se mide en vatios (W).

Vatio (W): Potencia necesaria para realizar un trabajo de un julio en un segundo.

Máquina

Dispositivo destinado a modificar el efecto de la fuerza aplicada sobre un cuerpo.

Tipos de Energía

Energía Cinética

Energía que posee un cuerpo o sistema material por el hecho de estar en movimiento.

Energía Potencial

Energía que posee un cuerpo por el hecho de ocupar una posición en el espacio.

Energía Térmica

Energía que posee un cuerpo debido al movimiento interno de las partículas que lo componen.

Temperatura y Calor

Temperatura

Magnitud que indica el nivel térmico de un cuerpo. Se mide con un termómetro. Si se ponen en contacto dos cuerpos a diferente temperatura, siempre hay un paso de energía térmica del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura.

Escalas de Temperatura

Las escalas más comunes son Kelvin (K), Celsius (°C) y Fahrenheit (°F).

Calor

Es la energía térmica que se transfiere entre dos cuerpos. Se expresa en julios (J).

Variación de Temperatura y Calor Específico

La variación de temperatura (ΔT) es el efecto físico que experimenta un cuerpo o sistema material cuando intercambia energía en forma de calor con su entorno. Se calcula con la siguiente fórmula:

q = m * c * ΔT

Donde:

• q: Calor intercambiado.
• m: Masa del cuerpo.
• c: Calor específico.
• ΔT: Variación de temperatura.

Calor Específico (c): Cantidad de calor que tiene que intercambiar con su entorno la unidad de masa de una sustancia para que su temperatura varíe un kelvin (o un grado Celsius).

Dilatación Térmica

Es el aumento en las dimensiones que experimenta un cuerpo o sistema material cuando se eleva su temperatura. Afecta a los estados de agregación de la materia:

• Sólidos: Puede ser lineal (longitud), superficial (superficie) o cúbica (volumen).
• Líquidos: La dilatación es mayor que en los sólidos.
• Gases: Varía el volumen. Para medirlo, se debe mantener a la misma temperatura.