Fundamentos de la Física: Energía, Trabajo, Potencia y Termodinámica
Conceptos Fundamentales de Energía
Definiciones Clave de Energía
Energía
La energía es la capacidad que tienen los cuerpos de interaccionar y producir cambios en su entorno y en ellos mismos. Puede adoptar diferentes formas y se puede transformar de una forma a otra.
Energía Potencial Gravitatoria
La energía potencial gravitatoria es la forma de energía que posee un cuerpo asociada a su posición y a los cambios en la misma. Es proporcional a la altura a la que se encuentra el objeto y a su masa.
Energía Cinética
La energía cinética es la forma de energía asociada a la velocidad de un cuerpo: todos los cuerpos en movimiento tienen energía cinética.
Conservación de la Energía Mecánica
Si no se comunica energía al sistema ni se le quita, la energía mecánica de un sistema se conserva, es decir, permanece constante.
Trabajo y Potencia
El Trabajo en Física
Condiciones para la Realización de Trabajo
Para que se realice trabajo, deben cumplirse las siguientes condiciones:
- Que sobre el cuerpo actúe una fuerza.
- Que el cuerpo se desplace.
- Que la fuerza y el desplazamiento sean en la misma dirección.
Definición de Trabajo
El trabajo realizado por una fuerza es igual al producto de la fuerza por el desplazamiento durante el cual esta está actuando. Fuerza y desplazamiento deben tener la misma dirección.
Tipos de Trabajo según la Dirección de la Fuerza
- Trabajo Positivo: Se produce si la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo sentido. Incrementa la energía del sistema.
- Trabajo Nulo: Se produce si la fuerza es perpendicular a la dirección del desplazamiento. La energía no varía.
- Trabajo Negativo: Se produce si la fuerza y el desplazamiento tienen sentidos contrarios. La energía disminuye.
Relación entre Trabajo y Energía Potencial
El trabajo realizado por una fuerza sobre el cuerpo es igual a la variación de la energía potencial gravitatoria del cuerpo.
Potencia
La potencia mide la rapidez con la que se realiza el trabajo y se cambia la energía de un objeto.
Máquinas Simples y Eficiencia
Definición y Propósito de las Máquinas
Las máquinas son un conjunto de piezas o elementos fijos y móviles cuyo funcionamiento sirve para:
- Transformar la energía.
- Realizar un trabajo de una forma más sencilla: se realiza el mismo trabajo aplicando una fuerza menor durante más distancia.
Eficiencia Energética de las Máquinas
Solamente una parte de la energía suministrada a la máquina se aprovecha (trabajo útil) y el resto se transforma en calor y no se utiliza.
Calor y Cambios de Estado
Conceptos de Calor
Calor
El calor es la cantidad de energía térmica que pasa de un lado a otro.
Calor Específico
El calor específico es la cantidad de energía en forma de calor que hay que suministrar a un kilogramo de dicha sustancia para aumentar su temperatura en un grado.
Cambios de Estado de la Materia
Si se comunica energía en forma de calor a una sustancia, además de aumentar su temperatura, se producen cambios de estado.
Calor Latente de Fusión (Lf)
El calor latente de fusión (Lf) es la cantidad de calor que hay que dar a una sustancia para que pase del estado sólido al líquido.
Calor Latente de Vaporización (Lv)
El calor latente de vaporización (Lv) es la cantidad de calor que hay que comunicar a una sustancia que está a su temperatura de vaporización, para pasarla del estado líquido al gaseoso.