Fundamentos de la Energía y el Calor: Un Vistazo Completo
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Fundamentos de la Energía y el Calor
Concepto de Potencia y Trabajo
Potencia: Rapidez con la que se realiza un trabajo.
Vatio (W): Potencia necesaria para realizar un trabajo de un julio en un segundo.
Kilovatio-hora: Trabajo realizado por una máquina de 1 Kw de potencia durante una hora.
Equivalencia: Un caballo de vapor equivale a 736W.
Tipos de Energía
Energía Cinética
La energía cinética es la capacidad de efectuar trabajo por medio del movimiento y depende de dos factores: masa y velocidad.
Energía Potencial
La energía potencial es la energía que posee el cuerpo en virtud de la posición que ocupa.
- Energía potencial gravitatoria
- Energía potencial elástica: Es la que posee un cuerpo elástico que se encuentra comprimido o estirado.
Energía Mecánica
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial.
Ley de Conservación de la Energía Mecánica
La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma, por eso la energía total siempre es constante.
Transferencia de Energía: Trabajo y Calor
El trabajo y el calor son procesos mediante los cuales se intercambia energía.
Energía, trabajo y calor se miden en las mismas unidades (Julios).
Equilibrio Térmico
Dos cuerpos en contacto con la misma temperatura están en equilibrio térmico.
El calor es la transferencia de energía que tiene lugar desde un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos en contacto.
Cantidad de Calor Transferida en Intervalos Térmicos
- La variación de temperatura depende de la masa del cuerpo.
- La variación de la temperatura depende de la sustancia.
- La cantidad de energía calorífica transferida es proporcional a la variación de temperatura.
Capacidad Calorífica Específica
La capacidad calorífica específica es la energía necesaria para elevar un grado la temperatura de 1 kg de masa de dicho cuerpo.
Calor Latente de Cambio de Estado
El calor latente de cambio de estado es la cantidad de energía térmica que se transfiere a un kg de masa de una sustancia pura para cambiar de estado a una presión determinada y a la temperatura de cambio de estados.
Dilatación Térmica
Dilatación de los Sólidos
- Dilatación lineal: Es el aumento de longitud que experimenta un cuerpo al ser calentado.
- Dilatación superficial: Es el aumento de superficie que experimenta un cuerpo por efecto del calor.
- Dilatación cúbica: Es el aumento de volumen que experimenta un sólido al elevar su temperatura.
Dilatación de los Líquidos
Dilatación aparente: Es la dilatación real o propia del líquido menos la que experimenta el volumen del recipiente que lo contiene.
Dilatación de los Gases
Al hacer variar la temperatura de un gas, el volumen varía al mantener la presión constante.
Mecanismos de Transferencia de Calor
- Conducción: Es el proceso por el cual la energía térmica se transmite por un sólido.
- Convección: Es el proceso por el cual se transmite energía térmica a través de un fluido por el movimiento del propio fluido.
- Radiación: Emisión continua de energía desde la superficie de los cuerpos, sin que exista ningún medio material entre el cuerpo emisor y el que la recibe.
Equivalente Mecánico del Calor
Cuando cierta cantidad de energía mecánica se consume en un sistema, la energía mecánica desaparecida es exactamente igual a la cantidad de energía térmica producida.
Principio de Conservación de la Energía
La cantidad de energía total de un sistema permanece constante.
Degradación de la Energía
Es posible transformar fácilmente toda la energía mecánica en energía térmica, pero no es posible transformar totalmente la energía térmica en energía mecánica.
La energía que se transforma en energía térmica nunca puede recuperarse de nuevo totalmente; este fenómeno es lo que se conoce como degradación de la energía.
Procesos Irreversibles
Procesos que cumplen el principio de conservación de la energía pero que nunca ocurren a la inversa.