Trabajo y energía. Los intercambios de energía.

Trabajo y energía. Los
intercambios de energía.
1. EL TRABAJO Y LA ENERGÍA.
La energía hace posible el movimiento, aunque también se necesita para
mantener caliente un objeto. Con lo cual, definimos la energía como la capacidad
que posee un cuerpo de producir transformaciones.
Los términos esfuerzo y trabajo suelen ser confundidos: hacemos un esfuerzo
al aplicar una fuerza y realizamos un trabajo si una fuerza produce una
transformación. Trabajar equivale a producir una transformación ejerciendo una
fuerza.
Un objeto pierde energía cuando realiza trabajo y la gana cuando se realiza
trabajo sobre él. Si el trabajo lo realiza el objeto, pierde energía, y el trabajo será
negativo; por el contrario, si el trabajo se realiza sobre el objeto, aumenta su
energía y el trabajo será positivo.
Definimos el trabajo, representado con la letra W (del inglés work), como el
producto de la “fuerza efectiva” que actúa sobre un cuerpo por el desplazamiento,
d, que se produce.
W = F . d
Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el joule, representado con la
letra J, ya que un joule es igual a un newton por un metro:
1 joule = 1 newton x 1 metro
2. ENERGÍA POTENCIAL Y ENERGÍA CINÉTICA.
ENERGÍA POTENCIAL
La energía potencial (Ep) es la que posee un cuerpo, debido a la posición que
ocupa. Un objeto situado sobre el suelo no realiza trabajo, pero un objeto situado a
cierta altura sí puede hacerlo. El primero no posee energía potencial, y el segundo,
sí. El cambio de posición respecto al suelo hace que un objeto adquiera energía
potencial.
Para calcular la energía potencial gravitatoria que adquiere un cuerpo de masa
m, cuando lo elevamos una altura h sobre la superficie en que se encuentra,
debemos conocer primero la fuerza que hay que hacer para elevarlo y calcular
después el trabajo que se realiza al desplazarlo.
Ep = m . g . h
ENERGÍA CINÉTICA
Un objeto que se mueve posee energía, ya que puede realizar trabajo. La
energía que posee un objeto por el hecho de moverse se denomina energía cinética
(EC).
La energía cinética depende de la velocidad y de la masa del objeto. Si dos
cuerpos de la misma masa se mueven en velocidades diferentes, posee más energía
la que se mueve más rápida. Así pues, si dos cuerpos se mueven con la misma
velocidad, posee más energía cinética el que tiene una masa mayor.
Para calcular la energía cinética de un objecto de masa m, que se mueve con
velocidad v, utilizaremos la expresión:
EC = 1 . m . v2
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3.CALOR Y TEMPERATURA.
LA TEMPERATURA
Los cuerpos no poseen calor, se encuentran a una determinada temperatura.
Es una característica propia de los cuerpos y es una magnitud física que no se
puede definir.
En el S.I. la unidad de temperatura es el kelvin (K), aunque habitualmente
utilizamos la escala centígrada de Celsius (ºC) para medir temperaturas.
200ºC
473 K
100ºC
373 K
0ºC
273 K
-100ºC
173 K
-273ºC
0K
Para pasar de una unidad de
temperatura a otra se
utiliza la siguiente fórmula:
K = ºC + 273
ENERGÍA INTERNA
La temperatura ambiente es aquella a que se encuentra el aire que nos rodea.
Un cuerpo, por encontrarse a determinada temperatura, posee una energía que
denominamos energía interna.
El calor es la cantidad de energía que transfiere un cuerpo caliente a otro frío
al ponerlos en contacto. Un cuerpo posee energía interna, pero no tiene calor. Los
cuerpos transfieren calor y, debido a ello, pierden o ganan energía.
4. TEMPERATURA DE EQUILIBRIO.
CALOR ESPECÍFICO
El calor específico (ce) de una sustancia la cantidad de calor que hemos de
suministrar para que aumente en un grado la temperatura de un kilogramo de
dicha sustancia.
La cantidad de energía, representada con la letra Q, que debemos comunicar a
un cuerpo de masa m y calor específico ce para que su temperatura aumente de Ti a
Tf es:
Q = m . ce . (Tf - Ti)
LA TEMPERATURA DE EQUILIBRIO
Q1 + Q2 = 0
Q1 = m1 . c1 . (T – T1)
Q2 = m2 . c2 . (T – T2)
5. CAMBIOS DE ESTADO.
SÓLIDO – LÍQUIDO
El calor latente de fusión de una sustancia es la cantidad de energía que hay
que aportar para fundir un kilogramo de sustancia sólida sin que se modifique la
temperatura. Su unidad en el S.I. es el Joule partido kilogramo (J/kg.).
Para fundir una sustancia de masa m, cuyo valor latente de fusión es Lf, se
necesita aportar, en forma de calor, una energía:
Q = m . Lf
LÍQUIDO - GAS
El calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de energía
que hay que aportar para evaporar un kilogramo de sustancia líquida sin que se
modifique la temperatura. Su unidad en el S.I. es también el Joule partido
kilogramo (J/kg.).
Para evaporar una sustancia de masa m, cuyo valor latente de vaporización es
Lv, se necesita aportar, en forma de calor, una energía:
Q = m . Lv