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TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA
SEBASTIAN PAZ OSORIO
LICEO MIXTO LA MILAGROSA
SANTIAGO DE CALI
2014
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA
Estudiante: SEBASTIAN PAZ OSORIO
Profesor: VIRGILIO MURILLO
Area: TECNOLOGÍA E INFORMATICA
Grado: SEPTIMO 7°
LICEO MIXTO LA MILAGROSA
SANTIAGO DE CALI
2014
LAS TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA
Leyes de conservación, en física, leyes que afirman que en un sistema cerrado que experimenta
un proceso físico, determinadas cantidades medibles permanecen constantes. Muchos consideran
las leyes de conservación como las leyes físicas más importantes. En el siglo XVIII, el químico
francés Antoine Lavoisier fue el primero en formular una de estas leyes, la ley de conservación de
la materia o masa. Esta ley afirmaba que en una reacción química, la masa total de los reactivos,
más los productos de la reacción, permanece constante. El principio se expresó posteriormente en
una forma más general, que afirma que la cantidad total de materia en un sistema cerrado
permanece constante.
Hacia principios del siglo XIX, los científicos ya se habían dado cuenta que la energía aparece
bajo distintas formas, como energía cinética, energía potencial o energía térmica, y sabían que
puede convertirse de una forma a otra. Como consecuencia de estas observaciones, los científicos
alemanes Hermann von Helmholtz y Julius Robert von Mayer y el físico británico James Prescott
Joule formularon la ley de conservación de la energía. Esta ley, que afirma que la suma de las
energías cinética, potencial y térmica en un sistema cerrado permanece constante, se conoce en la
actualidad como primer principio de la termodinámica. En la mecánica clásica, las leyes
fundamentales son las de conservación del momento lineal y del momento angular. Otra ley de
conservación importante es la ley de conservación de la carga eléctrica.
En 1905, Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad especial que la masa y la energía
son equivalentes. Como consecuencia, las leyes de conservación de la masa y de la energía se
formularon de modo más general como ley de conservación de la energía y masa totales. La ley
de conservación de la masa puede considerarse válida en las reacciones químicas (donde los
cambios de masa correspondientes a la energía producida o absorbida no son medibles), pero no
se cumple en las reacciones nucleares, donde la cantidad de materia que se convierte en energía es
mucho mayor.
La existencia de leyes de conservación está relacionada con simetrías de la naturaleza. Esta relaci
ón también existe en el ámbito de las partículas elementales. Así ocurre, por ejemplo, en la
conservación del número de bariones en las interacciones de partículas y en la conservación de la
carga eléctrica.
Materia, en ciencia, término general que se aplica a todo lo que ocupa espacio y posee los
atributos de gravedad e inercia. En la física clásica, la materia y la energía se consideraban dos
conceptos diferentes que estaban detrás de todos los fenómenos físicos. Los físicos modernos, sin
embargo, han demostrado que es posible transformar la materia en energía y viceversa, con lo que
han acabado con la diferenciación clásica entre ambos conceptos (véase Masa; Relatividad). Sin
embargo, al tratar numerosos fenómenos —como el movimiento, el comportamiento de líquidos
y gases, o el calor— a los científicos les resulta más sencillo y práctico seguir considerando la
materia y la energía como entes distintos.
Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como
resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La
radiación electromagnética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su
longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de
la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía
cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial. Por ejemplo, un pé
ndulo que oscila tiene una energía potencial máxima en los extremos de su recorrido; en todas las
posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial en proporciones diversas. La energía se
manifiesta en varias formas, entre ellas la energía mecánica, térmica, química, eléctrica, radiante
o atómica. Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos
adecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero
la suma total permanece constante.
Un peso suspendido de una cuerda tiene energía potencial debido a su posición, puesto que puede
realizar trabajo al caer. Una batería eléctrica tiene energía potencial en forma química. Un trozo
de magnesio también tiene energía potencial en forma química, que se transforma en calor y luz
si se inflama. Al disparar un fusil, la energía potencial de la pólvora se transforma en la energía
cinética del proyectil.
Calor, en física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes
cuerpos, en virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye
de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la
temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se
mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de
temperatura alta si no se realiza trabajo.
Temperatura, propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico. El concepto
de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de
que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se
produzca la fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor
fluye del más caliente al más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el
equilibrio térmico. Por tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se
refieren a conceptos diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo
de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas.
Caloría, antigua unidad que sirve para medir las cantidades de calor. La caloría pequeña, o calorí
a-gramo (cal), suele definirse en ciencia e ingeniería como la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14,5 a 15,5 °C. A veces se especifica otro intervalo
de temperaturas. La definición más habitual en termoquímica es que 1 caloría es igual a 4,1840
julios (J).
En ingeniería se emplea una caloría algo diferente, la caloría internacional, que equivale a 1/860
vatioshora (4,1868 J). Una caloría grande o kilocaloría (Cal), muchas veces denominada también
caloría, es igual a 1.000 calorías-gramo, y se emplea en dietética para indicar el valor energético
de los alimentos.
James Prescott Joule (1818-1889), físico británico, nacido en Salford (Lancashire). Uno de los má
s notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y
termodinámica. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito
eléctrico, formuló la ley actualmente conocida como ley de Joule que establece que la cantidad de
calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es
proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. Joule
verificó experimentalmente la ley de la conservación de energía en su estudio de la conversión de
energía mecánica en energía térmica.
Utilizando muchos métodos independientes, Joule determinó la relación numérica entre la energí
a térmica y la mecánica, o el equivalente mecánico del calor. La unidad de energía denominada
julio se llama así en su honor; equivale a 1 vatio-segundo (véase Unidades eléctricas). Junto con
su compatriota, el físico William Thomson (posteriormente lord Kelvin), Joule descubrió que la
temperatura de un gas desciende cuando se expande sin realizar ningún trabajo. Este fenómeno,
que se conoce como efecto Joule-Thomson, sirve de base a la refrigeración normal y a los
sistemas de aire acondicionado.
Calor latente, relativo a un cambio de estado, es la energía térmica necesaria para que un
kilogramo de una sustancia cambie de un estado de agregación a otro, suponiendo este cambio
realizado de manera reversible a temperatura y a presión constantes. Se expresa en J·kg-1. El
concepto de calor latente fue introducido hacia 1761 por el químico británico Joseph Black.
Cuando una transferencia de energía térmica tiene lugar en un cuerpo, generalmente se modifica
su temperatura. Sin embargo, la energía térmica también puede dar lugar a un cambio de fase sin
que exista variación de la temperatura del cuerpo. Un cambio de fase, por ejemplo de líquido a
gas, requiere que se realice un trabajo en contra de las fuerzas de atracción que existen entre las
moléculas del cuerpo, es decir, hace falta que se suministre una cierta cantidad de energía a las
moléculas para separarlas, aún cuando no se modifique la energía cinética de las mismas y, por
tanto, la temperatura.
En el caso de sustancias puras se requiere una cantidad de energía térmica determinada para
cambiar la fase de una sustancia dada. Esta energía térmica Q es proporcional a la masa m de la
sustancia:
Q = m·L
donde L es el calor latente de cambio de estado y es una constante característica de la sustancia y
del cambio de fase que se trate.
Punto de ebullición, temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión
atmosférica existente sobre dicho líquido. A temperaturas inferiores al punto de ebullición (p.e.),
la evaporación tiene lugar únicamente en la superficie del líquido. Durante la ebullición se forma
vapor en el interior del líquido, que sale a la superficie en forma de burbujas, con el característico
hervor tumultuoso de la ebullición. Cuando el líquido es una sustancia simple o una mezcla azeotr
ópica, continúa hirviendo mientras se le aporte calor, sin aumentar la temperatura; esto quiere
decir que la ebullición se produce a una temperatura y presión constantes con independencia de la
cantidad de calor aplicada al líquido.
Presión de vapor, presión que ejerce el vapor en equilibrio con el líquido o el sólido que lo origina
a determinada temperatura.
Todos los sólidos y líquidos producen vapores consistentes en átomos o moléculas que se han
evaporado de sus formas condensadas. Si la sustancia, sólida o líquida, ocupa una parte de un
recipiente cerrado, las moléculas que escapan no se pueden difundir ilimitadamente sino que se
acumulan en el espacio libre por encima de la superficie del sólido o el líquido, y se establece un
equilibrio dinámico entre los átomos y las moléculas que escapan del líquido o sólido y las que
vuelven a él. La presión correspondiente a este equilibrio es la presión de vapor y depende sólo
dela naturaleza del líquido o el sólido y de la temperatura, pero no depende del volumen del vapor;
por tanto, los vapores saturados no cumplen la ley de Boyle-Mariotte.
La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la temperatura; así, cuando la
presión de vapor es igual a 1 atmósfera, el líquido se encuentra en su punto de ebullición ya que el
vapor, al vencer la presión exterior, se puede formar en toda la masa del líquido y no sólo en su
superficie.
Cuando un soluto no volátil se disuelve en un líquido disminuye la presión de vapor del
disolvente, pues las moléculas de soluto, al ser de mayor volumen, se comportan como una barrera
que impide el paso de las moléculas de disolvente al estado de vapor.
Presión atmosférica, la densidad del aire seco al nivel del mar representa aproximadamente un
1/800 de la densidad del agua. A mayor altitud desciende con rapidez, siendo proporcional a la
presión e inversamente proporcional a la temperatura. La presión se mide mediante un barómetro
y su valor, expresado en torrs, está relacionado con la altura a la que la presión atmosférica
mantiene una columna de mercurio; 1 torr equivale a 1 mm de mercurio. La presión atmosférica
normal a nivel del mar es de 760 torrs, o sea, 760 mm de mercurio.
10 EJEMPLOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA
La energía solar se transforma en energía eléctrica mediante el uso de fotoceldas.
La energía eolítica (aire en movimiento) se transforma en energía eléctrica mediante molinos
de viento generadores de electricidad.
La energía eolítica se convierte en energía mecánica en los molinos de piedra.
La energía eléctrica se transforma en energía luminosa y calor cuando se utiliza en un foco.
La energía de combustión de una vela se convierte en energía luminosa y calor.
La energía calorífica del carbón se convierte en energía cinética cuando mueve un tren y
en calor.
La energía cinética se convierte en energía potencial cuando se cambia la altura de un
objeto en un medio con gravedad.
La energía potencial se convierte en energía cinética cuando se deja caer un cuerpo en un campo
gravitacional.
La energía mareomotriz del mar se convierte en energía eléctrica
La energía térmica de los combustibles fósiles se transforma en energía cinética mediante su
combustión en un motor para mover un vehículo.
ANEXOS