Trabajo y energía. Esquema de contenidos La energía Tipos de energía Propiedades de la energía...
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Trabajo y energía
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Trabajo y energía
Esquema de contenidos
La energía
Tipos de energía
Propiedades de la energía
La fuerza de rozamiento
¿Qué es el trabajo?
El trabajo
El trabajo modifica la energía
Potencia
Las máquinas mecánicas
Esquema de contenidos
Temperatura de los cuerpos. Calor
El cero absoluto
Efectos del calor sobre los cuerpos
Energía térmica y trabajo mecánico
Transformación entre calor y trabajo
Equivalencia entre calor y trabajo
Cambio de temperatura
El calorímetro
Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición
Dilatación de los sólidos
Cambios de estado
Dilatación de los líquidos
Escalas termométricas Calor y equilibrio térmico
Transmisión de calor
Tipos de energía
La energía es una propiedad de los cuerpos o de los sistemas materialesque les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.
Energía cinética (EC). Es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v): EC =1/2 m·v2
Energía potencial(EP). Es la energíaque tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición.
Energía potencial gravitatoria. Es la energía que tienen los cuerpos por estar en un lugar determinado sobre el suelo terrestre. Su valor depende de la masa del cuerpo (m), del valor de g en ese lugar y de la altitud a la que se encuentre sobre la superficie de la Tierra (h). EP = m g h⋅ ⋅
Energía potencial elástica. Es la energía que tienen los cuerpos que sufren una deformación. Su valor depende la constante de elasticidad del cuerpo, k, y de lo que se ha deformado (x): EE = 1/2 k·x2
Es la energía que se transfiere cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura.
Es la energía debida a los enlaces que se establecen entre los átomos y demás partículas que forman una sustancia.
Es la energía que emiten los átomos cuando sus núcleos se rompen (energía de fisión) o se unen (energía de fusión).
Es la energía que se propaga mediante ondas electromagnéticas, como la luz.Son ejemplo de energía radiante la energía solar, las microondas, los rayos X, etc.
Energía térmica
Energía química
Energía nuclear
Energía radiante
Energía mecánica Es la energía que está ligada a la posicióno al movimiento de los cuerpos. Existen dostipos de energía mecánica. La energíamecánica (EM) de un cuerpo es la suma de sus energías cinéticay potencial.EM = EC + EP
Propiedades de la energía
La energía se transfiere
La energía se transforma
La energía se conserva
Calor
En los botes, parte de la energía se transforma en calor. Se degrada porque no
puede ser utilizada de manera útil.
La energía se puede almacenar y transportar
Una cocina transfiere energía térmica a la
paellera.
Las pilas almacenan energía.
La energía se degrada
La energía eléctrica se transporta por el tendido eléctrico.
Cuando la chica cae, su energía potencial
se transforma en cinética.
En cada transformación, la cantidad total de energía se conserva.
¿Qué es el trabajo?
El trabajo es la energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro por medio de una fuerza que provoca un desplazamiento. En el SI se mide en julios
(J).
El chico hace un gran esfuerzo con la
mochila, pero no realiza ningún trabajo.
El chico que arrastra la mochila, si realiza un trabajo, pues aplica
una fuerza que provoca el desplazamiento de la mochila.
DesplazamientoPeso
Peso
α αFX
→F→
F→
FX
→
FX
→
W = F · x · cosα
La fuerza de rozamiento
El trabajo de la fuerza de rozamiento siempre es negativo, pues la fuerza de rozamiento siempre se opone al movimiento.
Wroz = F roz· x · cos 180º = - Froz· x
F→
Froz
→
P→
N→
El trabajo modifica la energía
Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza vertical que le hace
desplazarse en esa misma dirección con velocidad constante, el trabajo
desarrollado coincide con la variación de energía potencial que
experimenta el cuerpo.W=∆EP
Cuando sobre un cuerpo actúa un fuerza que le provoca un desplazamiento en su misma
dirección, el trabajo desarrollado coincide con la variación de
energía cinética que experimenta el cuerpo.
WF=∆EC Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza que provoca cambios en su velocidad y en su
posición, el trabajo de esa fuerza es igual a la variación de energía mecánica que
experimenta el cuerpo.WF=∆EM
F→
P→
F→
h2
h1
Energía cinéticaEnergía potencial
Energía mecánica
P→
F→
Potencia
La potencia (Ρ) relaciona el trabajo realizado con el tiempo que se emplea en ello:
Ρ = W / t ; Ρ = E / t ; En el SI la potencia se mide en vatios (W).
Potencia y velocidad
P = W F · x
= tt
= F · v
Potencias típicas de algunas máquinas.
El cero absoluto
Aumento de temperatura
Aumento de la velocidad de las partículas
T = 0 K T = 300 K T = 1000 K
EL CERO ABSOLUTO: -
273,15º C
Según la teoría cinética, las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo del estado físico. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la
temperatura de la sustancia
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: CALOR
ENERGÍA INTERNA ES LA SUMA DE TODAS LAS ENERGÍAS CINÉTICA Y POTENCIAL DE LAS PARTÍCULAS
Escalas termométricas
KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT
373 K
273 K
0 K - 273 ºC
0 ºC
100 ºC
- 459 ºF
32 ºF
212 ºF
Calor y equilibrio térmico
El calor o energía térmica es la energía que se intercambia cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura, o cuando se produce un cambio de estado.
Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto el tiempo suficiente, sus temperaturas se igualan. Están en equilibrio térmico.
Agua caliente
Agua fría
Agua con temperatura intermedia
50
30
10
Transmisión de calor
CONDUCCIÓN CONVECCIÓN
RADIACIÓN
La conducción es el modo en que se transmitela energía térmica en los sólidos. La energía se
propagagracias a los choques que se producen entre las
partículas «calientes» y sus vecinas.
La convección es el modo en que se transmite la energía térmica en los fluidos (líquidos y gases).
La energía se propaga porque se produce un transporte de materia.
La radiación es el modo en que se transmite la energía térmica entre dos cuerpos sin que exista ningún tipo de contacto material entre ellos. Se propaga por medio de ondas electromagnéticas y es la única forma en que se transmite energía térmica en el vacío.
Partículas del sólido
Sentido de propagación del calor
por conducción.
Partículas del gas
Partículas del líquido
El aire caliente sube
El aire frío baja
Cambio de temperatura
20 2020
5080 70
Agua Agua Aceite
Encendemos los hornillos. Diez minutos después…
La temperatura que un cuerpo alcanza al absorber calor depende de su masa y del tipo de materia
que lo forme.
Se denomina calor específico (ce) de una sustancia a la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 g de la
misma para que su temperatura aumente 1 K. En el SI se mide en
J/(kg K).⋅
Cambios de estado
Sólido Líquido Gas
FUSIÓN VAPORIZACIÓN
SOLIDIFICACIÓNLICUACIÓN O
CONDENSACIÓN
SUBLIMACIÓN
SUBLIMACIÓN INVERSA
-20
0
100
T (ºC)
0 4 8 2012 16 2824 t (min)
Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición
Sólido
Líquido
Gas
Se produce el cambio de estado de sólido a líquido. La temperatura no varía.
Toda la sustancia está en estado líquido
Cambio de estado de líquido a gas. No varía la temperatura
Toda la sustancia está en estado gaseoso.
PUNTO DE EBULLICIÓN O VAPORIZACIÓN
PUNTO DE FUSIÓN
PUNTO DE CONDENSACIÓN
PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN
COINCIDE CON
COINCIDE CON
El motor de explosión
ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE
Se abre la válvula de escape y los gases
son expulsados.
Salta la chispa en la bujía y la mezcla explota. Los gases producidos lanzan el émbolo hacia abajo,
transmitiendo el movimiento a la biela.
El pistón sube y comprime la mezcla.
La mezcla gasolina-aire entra por la
válvula de admisión, que se abre mientras
el pistón baja.
Bujía
Válvula de escape
Cilindro
Biela
Válvula de admisión
Pistón
Máquinas frigoríficas
Ventilador del evaporador
Evaporador
Compresor
Ventilador del compresor
Indicador de temperatura Control de temperatura
Desagüe
Condensador
FOCO CALIENTE
FOCO FRÍO
MÁQUINA TÉRMICA
Qf
Qc
W
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