Fundamentos de la Energía: Tipos, Unidades y Transferencia Térmica

Conceptos Fundamentales de la Energía

¿Qué es la Energía?

La energía es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para generar trabajo o calor.

Energía en un Muelle Comprimido

Un muelle comprimido posee energía porque, al dejarlo en libertad, puede empujar un objeto realizando un trabajo.

Unidades de Energía

Las unidades de energía son:

• Julio
• Kilográmetro
• Caloría
• Kilovatio-hora (kWh)

Definición de Unidades de Energía

Julio

Es el trabajo que realiza una fuerza de un newton al desplazar su punto de aplicación 1 metro en su misma dirección.

Kilográmetro

Es el trabajo realizado por una fuerza de 1 kilopondio al desplazar su punto de aplicación 1 metro en su misma dirección.

Caloría

Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14,5 °C hasta 15,5 °C. Equivale a 4,18 J.

Kilovatio-hora (kWh)

Es el trabajo realizado por un sistema o una máquina de 1 kW de potencia durante 1 hora de funcionamiento. Equivale a 3,6 · 10⁶ J.

Tipos de Energía Mecánica

Definición de Energía Mecánica

La energía mecánica es la energía almacenada en los cuerpos materiales y se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de su velocidad, de su posición en un campo gravitatorio o de su estado de tensión.

Formas de Energía Mecánica

Energía Cinética

Es la energía que posee un cuerpo en movimiento debido a su velocidad.

Si sobre un cuerpo actúa una fuerza que realiza un cierto trabajo y la velocidad aumenta desde un valor inicial V₁ a otro final V₂, se cumplirá:

Energía Potencial Gravitatoria

Es la energía que posee un cuerpo debido a la posición que ocupa en un campo gravitatorio.

Energía Potencial Elástica

Es evidente que si estiramos un muelle o lo comprimimos con una fuerza (F), estamos realizando un trabajo. Este trabajo queda almacenado en el muelle en forma de energía, la cual se pone de manifiesto al soltarlo.

Ley de Hooke

La Ley de Hooke establece que, en los cuerpos elásticos, la fuerza deformadora (F) es directamente proporcional a la deformación (x) producida.

Energía Nuclear y Transmisión del Calor

Energía Nuclear: Fisión

Cuando hablamos de energía nuclear, nos referimos a la energía de fisión.

Formas de Transmisión del Calor

Las formas de transmisión de calor son:

• Conducción
• Convección
• Radiación

Conducción

Es el paso de calor (energía) por contacto, de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor. Consiste en el transporte de energía calorífica sin transporte de materia, pero en presencia de esta. Es un proceso típico de los sólidos como consecuencia de la agitación molecular que hace posible el intercambio de energía entre unas moléculas y otras.

Los metales son buenos conductores del calor.

Convección

Es el paso del calor a través de un fluido (agua, aire). Es un transporte de energía calorífica con transporte de materia, típico de los fluidos. Las moléculas de estos disminuyen su densidad al calentarse y ascienden en el seno del fluido, siendo ocupado su lugar por otras moléculas más densas que se calentarán de igual modo, estableciéndose así las llamadas corrientes de convección.

Radiación

Consiste en un transporte de energía que puede tener lugar tanto en presencia de materia como en su ausencia, es decir, en el vacío. Se produce por medio de ondas electromagnéticas análogas a las ondas de la luz, radio o televisión, pero de un determinado rango de frecuencia. De esta forma se propaga la energía solar. El calor se suele medir en calorías (1 cal = 4,18 J).