Resumen de Magnitudes Físicas: Trabajo, Energía y Termodinámica

Conceptos Fundamentales de Trabajo y Energía

Trabajo

Trabajo (W): Magnitud escalar cuyo valor se determina multiplicando la fuerza aplicada por el desplazamiento.

Fórmula: W = F · s (Unidad: Julios, J)

Energía

Energía (E): Capacidad que posee un cuerpo para producir cambios en sí mismo o en otros cuerpos. Se mide en Julios (J). Otras unidades de medida incluyen:

• Caloría (cal): 4,18 J
• Ergio (erg): 10^-7 J
• Kilovatio-hora (kW/h): 3,6 × 10⁶ J

Tipos de Energía

• Cinética (E_c): Magnitud que expresa la energía puesta en juego por un objeto debido a su estado de movimiento.
  E_c = 1/2 m v² | W = E_cf - E_ci | E_pi = E_cf (cuando el objeto baja antes de tocar el suelo)
• Potencial Gravitatoria (E_p): Magnitud que representa la energía que puede intercambiar un objeto debido a su posición respecto a la Tierra (depende de la altura, no del camino).
  E_p = m · g · h | W = E_pf - E_pi
• Potencial Elástica: Energía que adquieren los cuerpos sometidos a fuerzas elásticas.
  E_pe = 1/2 k x²
• Energía Mecánica (E_m): Suma de las energías cinética y potencial asociada a un cuerpo.
  E_m = E_c + E_p

Fuerza de Rozamiento

Fuerza de rozamiento (F_roz): Fuerza que se opone al movimiento entre dos superficies en contacto.
F_roz = μ · m · g (donde μ es el coeficiente de rozamiento).

Leyes de Conservación

• Ley de Conservación de la Energía Mecánica: Transformación en la que solo actúa el peso y la energía mecánica permanece constante (E_m = E_c + E_p).
• Ley de Conservación de la Energía: Se aplica cuando actúan fuerzas externas además del peso.
  W_fext = E_mf - E_mi

Potencia y Termodinámica

Potencia

Potencia (P): Magnitud que relaciona el trabajo realizado con el tiempo invertido. Unidad: Vatio (W). Otra unidad es el Caballo de vapor (CV): 735 W.
P = W / t

Temperatura y Calor

Temperatura: Valor medio de la energía cinética de las partículas que forman un cuerpo. Unidades: Kelvin (K), Celsius (ºC = K - 273), Fahrenheit (ºF = 9/5 ºC + 32).

Calorímetro: Aparato que mide el calor ganado o perdido en un proceso.

Calor (Q): Energía que se intercambia por la diferencia de temperatura entre dos cuerpos. Formas de propagación:

• Conducción: Sin transporte de materia (propio de sólidos metálicos).
• Convección: Con transporte de materia (propio de gases y líquidos).
• Radiación: Sin medio de propagación, transmitido por ondas electromagnéticas.

Propiedades Térmicas

• Calor Específico (C_e): Cantidad de calor que intercambia un kilogramo de sustancia para que su temperatura se modifique en 1 Kelvin. Unidad: J/(kg·K).
  Q = m · C_e · (T_f - T_i) | Q_ganado + Q_perdido = 0 | C_e Agua = 4180 J/(kg·K)
• Calor Latente (L): Calor intercambiado por 1 kilogramo de sustancia al cambiar de estado. Unidad: J/kg.
  Q = m · L
• Poder Calorífico: Cantidad de energía desprendida por la combustión.

Rendimiento

Rendimiento (R): Mide la cantidad de energía que aprovecha una máquina (ya que parte se pierde por rozamiento).
R = (W_útil / W_suministrado) · 100 | R = P_útil / P_total