Fundamentos de la Física: Energía, Trabajo, Potencia y Principios Termodinámicos
Clasificado en Física
Escrito el en 
español con un tamaño de 5,65 KB
Conceptos Fundamentales de Energía y Trabajo
Energía
La energía es la magnitud física por la que los cuerpos tienen capacidad para realizar transformaciones en ellos mismos o en otros cuerpos.
Fuentes de Energía
Las fuentes de energía son los distintos recursos que existen en la naturaleza de los que el ser humano puede obtener energía utilizable en sus actividades.
Trabajo (W)
El trabajo de una fuerza constante cuyo punto de aplicación se mueve sobre una trayectoria rectilínea es igual al producto escalar entre la fuerza y el desplazamiento.
$$ W = F \cdot \Delta r \cdot \cos\alpha $$
Definición de Julio (J)
Un julio (J) es el trabajo que se realiza cuando una fuerza de un newton (N) desplaza su punto de aplicación un metro (m) en la misma dirección y sentido que la fuerza.
El trabajo de la fuerza resultante es igual a la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
Energía Cinética ($E_c$)
La energía cinética es la capacidad que posee un cuerpo para realizar trabajo por el hecho de estar en movimiento.
$$ E_c = \frac{1}{2} mv^2 $$
Energía Potencial Gravitatoria ($E_p$)
La energía potencial gravitatoria es la energía que poseen los cuerpos por el hecho de hallarse a cierta altura sobre la superficie de la Tierra.
$$ E_p = mgh $$
Energía Mecánica ($E_m$)
La energía mecánica de un cuerpo es la suma de su energía cinética y potencial.
$$ E_m = E_c + E_p $$
(Si las únicas fuerzas que realizan trabajo sobre un cuerpo son fuerzas conservativas, la energía mecánica del cuerpo permanece constante).
Potencia y Unidades
Potencia (P)
La potencia es el trabajo realizado por un sistema en la unidad de tiempo, es decir, la razón entre el trabajo realizado y el tiempo empleado.
$$ P = \frac{W}{t} $$
Vatio (W)
Un vatio (W) es la potencia de un sistema que realiza el trabajo de un julio (J) en un segundo (s).
- Equivalencia: 1 CV (Caballo de Vapor) = 735.5 W.
Conceptos de Electrostática
Energía Potencial Electroestática ($E_p$)
La energía potencial electrostática es la energía que posee una carga eléctrica debido a la posición que ocupa en el espacio cuando actúa sobre ella un campo eléctrico.
$$ E_p = K \frac{Q q}{d} $$
Potencial Eléctrico (V)
El potencial eléctrico en un punto del espacio es la energía potencial electrostática que tendrá la unidad de carga positiva situada en dicho punto.
$$ V = \frac{E_p}{q} \quad \text{o} \quad V = K \frac{Q}{d} $$
Termodinámica y Transferencia de Calor
Energía Interna ($U$)
La energía interna es la energía total de las partículas que constituyen un cuerpo, es decir, la suma de todas las formas de energía que poseen sus partículas: átomos, moléculas e iones.
Temperatura
La temperatura de los cuerpos es una medida de la energía cinética media de sus partículas. Un cuerpo está a mayor temperatura que otro si la energía cinética media de sus partículas es mayor.
Calor (Q)
El calor es la energía transferida entre dos cuerpos debido a una diferencia de temperatura.
Mecanismos de Transferencia de Calor
Conducción
La conducción es la transferencia de calor que tiene lugar por transmisión de energía de unas partículas a otras sin desplazamiento de materia.
Convección
La convección es la transferencia de calor que tiene lugar mediante el movimiento de las partículas de un fluido.
Radiación
La radiación es la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin la intervención de partículas materiales que lo transporten.
Propiedades Térmicas
Calor Específico ($c$)
El calor específico de una sustancia es el calor que debe recibir la unidad de masa de una sustancia para que aumente un kelvin (K) su temperatura.
Capacidad Calorífica ($C$)
La capacidad calorífica de un cuerpo es el calor necesario para elevar su temperatura un kelvin (K).
Cambios de Estado
- Fusión: Cambio de estado que experimenta una sustancia al pasar de sólido a líquido.
- Vaporización: Cambio de estado que experimenta una sustancia al pasar de líquido a gas (vapor).
Calores Latentes
- Calor de Fusión ($L_f$): Es el calor necesario para que la unidad de masa de una sustancia pase de sólido a líquido a la temperatura de fusión.
- Calor de Vaporización ($L_v$): Es el calor necesario para que la unidad de masa de una sustancia pase de líquido a vapor a la temperatura de ebullición.
Dilatación
La dilatación es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevar su temperatura.
Termodinámica
La termodinámica es la parte de la física que estudia los cambios de energía que se producen en procesos físicos y químicos.
Primer Principio de la Termodinámica
El Primer Principio de la Termodinámica establece que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma (Conservación de la Energía).
$$ \Delta U = Q + W $$