Trabajo, Energía y Teoría Cinética de la Materia
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Trabajo y Energía
Definición de Trabajo
El trabajo, W, realizado por una fuerza constante sobre un objeto se define como el producto de la componente de la fuerza en la dirección del movimiento por el desplazamiento realizado.
W = F · d
Las dimensiones de trabajo son fuerza en Newtons (N) por distancia en metros (m). Esta unidad se llama Julio (J) en el Sistema Internacional (SI).
1J = 1N · 1m = 1kg · m2/s2
Definimos trabajo como el producto de la fuerza escalar aplicada a un cuerpo por el desplazamiento que provoca.
Energía Cinética
La energía cinética es la energía del movimiento. Es una magnitud escalar. La energía cinética de una masa puntual viene dada por la expresión:
Ec = 1/2 * m * v2 (SI - julios: J)
Teorema de la Energía Cinética
El trabajo total sobre un objeto se invierte en modificar la energía cinética.
Energía Potencial Gravitatoria
Podemos entender que la energía potencial es aquella que es almacenada en un sistema por su posición o configuración.
Ep = m·h·g
Energía Potencial Elástica
Los materiales elásticos pueden tener energía potencial. Objetos como resortes y bandas de goma se denominan elásticos porque vuelven a su forma y tamaño original después de ser deformados.
La energía se degrada porque parte de la energía se convierte en calor, por lo que la energía inicial no se puede convertir totalmente de nuevo en la forma inicial. Esta energía es el resultado de toda transformación de energía que no es totalmente reutilizable.
Teoría Cinética de la Materia
La materia es discontinua y está formada por partículas muy pequeñas. Estas partículas están en continuo movimiento, son idénticas en cuanto a sus propiedades químicas y se atraen entre sí. Su volumen propio es mucho menor que el volumen total del sistema que constituyen.
La energía térmica es una medida de la energía cinética media de las partículas del sistema, que se mide con la temperatura.
La temperatura es la magnitud física que caracteriza el valor de la energía térmica, es decir, el nivel de agitación media de las partículas en un sistema.
El calor depende de:
- La cantidad de materia del sistema, es decir, de su masa, m.
- La propia naturaleza del sistema material a través de su calor específico, Ce.
- La variación de temperatura entre el estado final y el estado inicial, ΔT.
El calorímetro es un recipiente aislado térmicamente del exterior que se usa para medir los calores específicos.
¿Cómo explica el modelo de la teoría cinética de la materia que durante el proceso de fusión de una sustancia pura no aumente su temperatura?
Al calentar un sólido, el movimiento de las partículas aumenta y con ello los desplazamientos. Llega un momento que, a una temperatura determinada, la estructura del sólido se desmorona y se funde. Durante la fusión, la energía intercambiada en forma de calor permite vencer la atracción entre las partículas y separarlas para que adquieran la estructura de un líquido. Al aumentar la separación, crece su energía potencial sin que haya cambio en su energía cinética media, y la temperatura permanece constante.