Fundamentos de la Energía: Mecánica, Conservación y Transferencia de Calor

Fundamentos de la Energía Mecánica

La Energía Mecánica es la energía que poseen los cuerpos por el hecho de moverse (energía cinética) o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio (energía potencial). La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial.

Tipos de Energía Mecánica

• Energía Cinética (E_c)

  Es la capacidad para efectuar trabajo por medio del movimiento. Depende de dos factores: la masa del cuerpo y su velocidad. La variación de energía cinética es igual al trabajo realizado por la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo.

• Energía Potencial (E_p)

  Es la energía que posee un cuerpo en virtud de la posición que ocupa, y es distinta a la que tiene en equilibrio.

  Subtipos de Energía Potencial

  • Energía Potencial Gravitatoria: Es la energía potencial de un cuerpo de masa m, situado a una altura h sobre un determinado nivel de referencia.
  • Energía Potencial Elástica: Es la que posee un cuerpo elástico (un muelle, una goma, etc.) que se encuentra comprimido o estirado.

Principios de Conservación y Trabajo

• El Principio de Conservación de la Energía Mecánica afirma que la suma de la energía cinética y la potencial permanece constante en cualquier punto, siempre que solo actúen fuerzas conservativas.

• El Principio de Conservación de la Energía Total afirma que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. En todos los procesos existe intercambio de energía, pero la energía total se mantiene constante.

• El Trabajo de las Fuerzas de Rozamiento es igual a la variación de la energía mecánica que experimenta el sistema.

Trabajo, Calor y Termodinámica

El trabajo y el calor son los dos procesos fundamentales mediante los que se intercambia energía. La energía, el trabajo y el calor se miden en julios (J).

Conceptos Termodinámicos Clave

• La Energía Térmica se relaciona con la energía cinética que tienen las partículas del cuerpo y con su temperatura.

• El Calor es la transferencia de energía que tiene lugar desde un cuerpo a otro que tiene menor temperatura.

• Equilibrio Térmico: Dos cuerpos en contacto están en equilibrio térmico cuando están a la misma temperatura. Cuando se alcanza, la energía cedida por el cuerpo 1 es igual a la energía absorbida por el cuerpo 2.

• La Variación de Temperatura (que depende de la masa y de la sustancia) es proporcional a la cantidad de energía calorífica o térmica transferida.

Medición y Transformación del Calor

• Los Calorímetros son recipientes que se utilizan para determinar la capacidad calorífica específica de las sustancias.

• El Calor Latente de Cambio de Estado es la cantidad de energía térmica que se transfiere a 1 kg de masa de una sustancia pura para cambiar de estado a una presión determinada y a la temperatura de cambio de estado. Se mide en J/kg.

Límites de la Transformación Energética

La cantidad de energía total de un sistema permanece constante. Es posible transformar toda la energía mecánica en energía térmica, pero no es posible transformar totalmente la energía térmica en energía mecánica (Segundo Principio de la Termodinámica).

Una Máquina Térmica es un dispositivo que transforma el calor procedente de la combustión en energía mecánica.