Fundamentos de la Energía y Clasificación Termodinámica: Definiciones Clave

Conceptos Fundamentales de la Energía

La conservación de la energía se refiere a la conservación de la calidad y no de la cantidad de energía.

Clasificación y Formas de Energía

Las diferentes formas de energía son:

• Térmica
• Mecánica
• Cinética
• Potencial
• Eléctrica
• Magnética
• Química
• Nuclear

Grupos de Estudio Térmico

Los grupos que se consideran en el estudio térmico son:

• Macroscópicos
• Microscópicos

La energía mecánica es la forma de energía que se puede convertir completamente en trabajo mecánico de modo directo.

Energía Macroscópica (Cinética y Potencial)

La energía macroscópica cambia con la velocidad y la altura. Factores externos que influyen en ella incluyen: gravedad, magnetismo, electricidad y tensión superficial.

Energía Cinética ($E_C$)

• La energía cinética es la energía que posee un sistema como resultado de su movimiento en relación con cierto marco de referencia.
• Cuando todas las partes del sistema se mueven con la misma velocidad, la energía cinética de traslación se expresa como: $E_C = m(v^2 / 2)$ (KJ).
• La energía cinética rotacional de un cuerpo se determina con $1/2 I \omega^2$.

Conceptos Relacionados con el Movimiento Rotacional

• El momento de inercia de un cuerpo indica su resistencia a adquirir una aceleración angular.
• La velocidad angular (designada con la letra griega $\omega$) es una medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por unidad de tiempo (rad/s).

Energía Potencial ($E_P$)

La energía potencial es la energía que posee un sistema como resultado de su incremento de altura. Se calcula como $E_P = mgz$ (KJ).

Energía Microscópica e Interna

Las formas microscópicas se relacionan con la estructura del sistema y el grado de la actividad molecular. La energía microscópica se relaciona con el movimiento.

• La energía interna es la suma de todas las formas microscópicas de energía.
• Energía de traslación: Las moléculas de gas se mueven en el espacio con cierta velocidad.
• Energía cinética rotacional (a nivel atómico/molecular): Los electrones de un átomo giran en torno al núcleo.
• Energía latente: La energía interna relacionada con la fase de un sistema.
• Energía química: La energía interna relacionada con los enlaces atómicos en una molécula.

Cambios de Fase

Si se agrega suficiente energía a las moléculas de un sólido o de un líquido, estas vencen las fuerzas moleculares y se separan, de modo que la sustancia se convierte en un gas.

Sistemas Termodinámicos

• Sistemas estacionarios: Sistemas cerrados cuya velocidad y altura del centro de gravedad permanecen constantes.
• En los sistemas cerrados que permanecen estacionarios durante un proceso, no hay cambios significativos en la energía potencial y cinética.
• Las únicas dos formas de interacción de energía relacionadas con un sistema cerrado son la transferencia de calor y el trabajo.