Conceptos Esenciales de Física: Trabajo, Energía y Termodinámica

Conceptos Fundamentales de Trabajo, Energía y Potencia

En esta sección, exploraremos las definiciones clave relacionadas con el trabajo, la energía y la potencia en física, magnitudes esenciales para comprender el movimiento y la interacción de los cuerpos.

Trabajo

Es una magnitud escalar que se produce cuando, al aplicar una fuerza a un cuerpo, este se desplaza una distancia en la propia dirección de la fuerza.

Potencia

Es una magnitud escalar que representa el trabajo realizado por unidad de tiempo.

Julio (Unidad de Trabajo)

Es el trabajo que realiza la fuerza de 1 N cuando, al aplicarla a un cuerpo, este se desplaza un metro en la propia dirección de la fuerza.

Vatio (Unidad de Potencia)

Es la potencia que se desarrolla al realizar el trabajo de un julio en un segundo.

Energía

Es la capacidad de poder realizar un trabajo; es, por tanto, una magnitud de la misma naturaleza que el trabajo y se mide en julios.

Energía Mecánica

Es aquella que va asociada al movimiento de los cuerpos y puede ser de dos tipos:

• Energía Cinética

  Es aquella que poseen todos los cuerpos que están en movimiento.

• Energía Potencial

  Es aquella que poseen todos los cuerpos que tienen una posición dentro de un campo de fuerza, como el campo gravitatorio terrestre.

Principio de Conservación de la Energía Mecánica

Cuando sobre un cuerpo solamente actúan las fuerzas gravitatorias (peso), su energía mecánica permanece constante; es decir, la suma de la energía cinética y la energía potencial es igual a la energía mecánica.

Conceptos Clave de Calor y Termodinámica

A continuación, definimos los términos fundamentales relacionados con el calor, la temperatura y los procesos termodinámicos.

Calor

Es una energía en tránsito que se transfiere de unos cuerpos a otros cuando están a diferente temperatura.

Temperatura

Es una magnitud escalar fundamental que representa una medida del grado de agitación de las partículas de un cuerpo.

Mecanismos de Transmisión del Calor y sus Efectos

El calor puede transmitirse de unos cuerpos a otros con dos efectos diferentes:

• Calor Sensible

  Es aquel que, al transferirse entre cuerpos, produce un cambio en la temperatura manteniendo el estado físico del cuerpo/sustancia.

• Calor Específico

  Es una propiedad específica de cada cuerpo o sustancia y representa la cantidad de calor necesaria para elevar 1 °C la temperatura de 1 kg de dicho cuerpo o sustancia en un determinado estado físico. El calor ganado por un cuerpo es positivo; el calor perdido por un cuerpo es negativo.

Máquina Térmica

Dispositivo para transformar el calor suministrado por un foco calorífico en trabajo mecánico. Actúa de manera cíclica.

Caloría (Unidad de Calor)

Es una unidad específica del calor y equivale a 4.18 J. Representa la cantidad de calor necesaria para elevar 1 °C la temperatura de 1 g de agua.

Calor Latente

Es aquel que, al ser intercambiado por un cuerpo, provoca un cambio de estado físico, manteniéndose la temperatura constante. Para que se produzca, el cuerpo o sustancia tiene que estar a la temperatura de cambio de estado.

Equilibrio Térmico

Situación que se da cuando ponemos en contacto dos cuerpos o sustancias a diferentes temperaturas. El cuerpo de mayor temperatura comenzará a ceder calor al de menor temperatura, con lo cual la temperatura del primero comenzará a descender, mientras que la del otro, al estar recibiendo calor, aumentará. Llegará un momento en que las temperaturas se igualen; en ese instante, se alcanzará el equilibrio térmico.