Principios de Física: Trabajo, Energía, Potencia y Calor

Trabajo, Energía y Potencia

Trabajo: Es el producto del módulo de la fuerza por el módulo del desplazamiento por el coseno del ángulo entre ellos. Es una magnitud escalar (positivo: trabajo motor; negativo: trabajo resistente). Un Julio (J) es el trabajo realizado al aplicar una fuerza de un newton (N) cuando desplaza un cuerpo un metro (m) en la misma dirección.

Energía: Capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo.

Energía Mecánica: Energía de un cuerpo debido a su velocidad y a la posición que ocupa en el espacio.

• Energía Cinética: Energía de un cuerpo en movimiento.
• Energía Potencial Gravitatoria: Energía debida a cierta altura sobre la tierra.
• Energía Potencial Elástica: Energía almacenada en cuerpos elásticos.

Principio de Conservación de la Energía: La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra.

Principio de Degradación de la Energía: Cuando la energía se transforma, pierde capacidad para hacer un trabajo útil.

Potencia: Es la eficacia de un trabajo, realizado en un tiempo determinado. Un Vatio (W) es la potencia desarrollada al realizar un trabajo de 1 Julio en 1 segundo.

Energía Térmica

Calor: Energía transferida de un cuerpo a otro cuando están a distinta temperatura. La Temperatura es la medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo.

Una Caloría (cal) es la cantidad de energía necesaria para que 1 gramo de agua suba su temperatura 1ºC.

El Calor Específico es la cantidad de energía necesaria para que 1 kilogramo de cualquier sustancia suba 1ºC su temperatura.

Calor Transferido en una Mezcla

La energía cedida por el cuerpo caliente debe ser igual a la energía ganada por el cuerpo frío, pero con signo opuesto.

Curvas de Calentamiento

Se obtienen al representar gráficamente la temperatura alcanzada por una sustancia al recibir calor, frente al tiempo.

Dilatación

Con el calor, las partículas se separan y aumenta su velocidad.

• Sólidos

  Dilatan en tres dimensiones. Si una dimensión es mucho mayor que las otras, se habla de Dilatación Lineal. Si dos dimensiones son superiores a una, se habla de Dilatación Superficial. Si no hay diferencia significativa entre dimensiones, se habla de Dilatación Cúbica.

  El Coeficiente de Dilatación es el aumento de longitud, superficie o volumen por cada grado de temperatura.

• Líquidos

  El volumen aparente desciende inicialmente (V1) porque el recipiente se dilata, y más tarde sube hasta el volumen final (VF). La dilatación real es (VF - V1).

• Gases

  Es distinto porque al calentarlos, las partículas aumentan su energía cinética.

  • Si el gas está en un recipiente cuyo volumen puede variar, el gas se dilata.
  • Si el gas está en un recipiente de volumen constante, las partículas aumentan la presión sobre las paredes.

Leyes de Charles y Gay-Lussac

1. Para una misma masa de gas a presión constante, el volumen y la temperatura (en Kelvin) son directamente proporcionales.
2. Para una misma masa de gas a volumen constante, la presión y la temperatura (en Kelvin) son directamente proporcionales.

Formas de Propagación del Calor

• Conducción: Mecanismo de propagación de calor entre dos puntos de un cuerpo a distinta temperatura, sin transporte de materia.
  • Conductores Térmicos: Materiales que permiten que el calor se propague fácilmente a través de ellos.
  • Aislantes Térmicos: Materiales que no permiten que el calor los atraviese fácilmente.
• Convección: Mecanismo de propagación del calor en los fluidos (líquidos y gases) con movimiento de materia a través de corrientes de convección.
• Radiación: Mecanismo de propagación del calor que se produce desde la superficie de los cuerpos en forma de ondas electromagnéticas, y no requiere un medio material para propagarse.