Física de la Energía: Calor, Trabajo y Transformaciones

Física de la Energía

Conceptos Fundamentales

Energía: Es la capacidad que tiene un cuerpo para producir una transformación en sí mismo o en otro cuerpo. Es una magnitud escalar y se mide en Julios (J).

Energía cinética: Es la energía que poseen los cuerpos debido a su movimiento. Es directamente proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad. Fórmula: Ec = 1⁄2 m·v²

Energía potencial: Es la que poseen los cuerpos debido a su posición.

• Energía potencial gravitatoria: Es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a su altura. Fórmula: Ep = m·g·h

Energía mecánica: Es la suma de la energía cinética y potencial. Fórmula: Em = Ec + Ep

Principio de conservación de la energía mecánica (P.C.E.M.):

• Sin rozamiento: Em(1) = Em(2) = cte
• Con fuerza de rozamiento: W(Fr) = Em(2) - Em(1)

Formas de Intercambio de Energía

Trabajo: Cuando existe una fuerza que produce desplazamiento. Fórmula: W = f·d·cos θ. Su magnitud en el S.I. es el Julio (J).

Calor: Cuando hay cuerpos en contacto que están a distinta temperatura.

Potencia: Es la energía transferida por unidad de tiempo, ya sea en forma de trabajo o de calor. Fórmula: P = W/t = Vatio (W). 1CV = 735W

Energía Térmica

Calor y temperatura son conceptos diferentes:

• Temperatura: Es una magnitud que está relacionada con el movimiento de las partículas. Es proporcional a la energía cinética media de las mismas. Su unidad en el S.I. es el grado Kelvin (K). Fórmula: T(K) = 273 + T(°C)
• Calor: Es una forma de energía que solo aparece cuando fluye de los cuerpos de más temperatura hacia los de menos temperatura, hasta alcanzar el equilibrio térmico. Su unidad en el S.I. es el Julio (J), aunque también se utiliza la caloría (cal). 1 cal = 4,18 J

Propagación del Calor

• Conducción: Se transmite entre sólidos (hay cuerpos conductores del calor como los metales y cuerpos aislantes como el plástico).
• Convección: Se produce en fluidos.
• Radiación: Se produce por ondas electromagnéticas, por lo tanto, se da sobre todo en el vacío y en el aire.

Efectos del Calor

• Variación de temperatura: Este calor se puede calcular porque es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la variación de temperatura. La constante de proporcionalidad se llama calor específico y es el calor necesario para subir la temperatura de 1 kg. Fórmula: Q = m · Ce · ΔT
• Cambios de estado: Cuando un cuerpo cambia de estado, el calor aportado no se emplea en subir la temperatura, sino en romper las fuerzas entre las partículas, por eso la temperatura permanece constante. Fórmula: Q = m · L

Fórmulas (Calor)

• Transmisión del calor: Qcedido + Qabsorbido = 0
• Variación de temperatura: Q = m · Ce · ΔT (Q: calor, m: masa, Ce: calor específico, ΔT: variación de temperatura)
• Cambio de estado: Q = m · L (Q: calor, m: masa, L: calor latente)