Fundamentos de Física: Conceptos Clave de Energía, Trabajo y Termodinámica

Conceptos Fundamentales de la Mecánica

Trabajo, Energía y Potencia

Trabajo (W)

La fuerza produce un desplazamiento en la dirección de esta.

Energía (E)

Capacidad que tienen los cuerpos de producir transformaciones.

Potencia (P)

Rapidez con que se realiza un trabajo.

Tipos de Energía Mecánica

Energía Mecánica (E_m)

Es aquella que está asociada a las máquinas y al movimiento. Es la que posee un cuerpo debido a su velocidad y/o a la posición que ocupa en el espacio.

Energía Cinética (E_c)

Es la que tienen los cuerpos en movimiento y se define como la capacidad para efectuar trabajo por medio del movimiento. Depende de dos factores: la masa del cuerpo y la velocidad.

Energía Potencial (E_p)

Es la energía que posee un cuerpo en virtud de la posición que ocupa; dicha energía es distinta a la que posee en equilibrio.

Termodinámica y Transferencia de Calor

Equilibrio Térmico y Conceptos de Calor

Equilibrio Térmico: Dos cuerpos en contacto a la misma temperatura están en equilibrio térmico.

Calor: Es la transferencia de energía que tiene lugar desde un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos en contacto.

Capacidad Calorífica (C)

Energía necesaria para elevar un grado Celsius o un Kelvin la temperatura de 1 kg de masa de dicho cuerpo.

Calor Latente de Cambio de Estado (L)

Cantidad de energía térmica que se transfiere a 1 kg de masa de una sustancia pura para cambiar de estado, a una presión determinada y a la temperatura de cambio de estado.

Dilatación Térmica

Dilatación: Cambio de volumen de un cuerpo cuando se eleva su temperatura.

Dilatación en Sólidos

• Lineal: Aumento de longitud que experimenta un cuerpo al ser calentado.
• Superficial: Aumento de superficie que experimenta un cuerpo por efecto del calor.
• Cúbica: Aumento de volumen que experimenta un sólido al elevar su temperatura.

Dilatación en Líquidos

• Aparente: Dilatación real menos la que experimenta el volumen del recipiente que lo contiene.
• Anómala del Agua: El agua líquida presenta una dilatación anómala debido a su estructura molecular: al aumentar la temperatura, el agua se contrae entre 0 °C y 4 °C, y se dilata entre 4 °C y 100 °C.

Dilatación en Gases

Los gases se dilatan más que los sólidos y que los líquidos porque sus moléculas se mueven con total libertad por todo el recipiente.

Transmisión de la Energía Térmica

Conducción

Proceso por el cual la energía térmica se transfiere a través de un sólido.

Convección

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 recibe.

Equivalencia Energética

Equivalencia entre Energía Mecánica y Térmica: Cuando una cierta cantidad de energía mecánica se consume en un sistema, la energía mecánica desaparecida es exactamente igual a la cantidad de energía térmica producida.