Trabajo y energía

1. Trabajo y energía

2. Esquema de contenidos La energía Tipos de energía Propiedades de la energía El trabajo ¿Qué es el trabajo? La fuerza de rozamiento El trabajo modifica la energía Potencia Las máquinas mecánicas

3. Esquema de contenidos Temperatura de los cuerpos. Calor El cero absoluto Escalas termométricas Calor y equilibrio térmico Transmisión de calor Efectos del calor sobre los cuerpos Energía térmica y trabajo mecánico Cambio de temperatura Transformación entre calor y trabajo El calorímetro Equivalencia entre calor y trabajo Cambios de estado Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición Dilatación de los sólidos Dilatación de los líquidos

4. Energía mecánica Energía cinética (EC). Es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v): EC =1/2 m·v2 Es la energía que está ligada a la posición o al movimiento de los cuerpos. Existen dos tipos de energía mecánica. La energía mecánica (EM) de un cuerpo es la suma de sus energías cinética y potencial. EM = EC + EP Energía potencial gravitatoria. Es la energía que tienen los cuerpos por estar en un lugar determinado sobre el suelo terrestre. Su valor depende de la masa del cuerpo (m), del valor de g en ese lugar y de la altitud a la que se encuentre sobre la superficie de la Tierra (h). EP = m⋅ g ⋅ h Energía potencial (EP). Es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. Energía potencial elástica. Es la energía que tienen los cuerpos que sufren una deformación. Su valor depende la constante de elasticidad del cuerpo, k, y de lo que se ha deformado (x): EE = 1/2 k·x2 Es la energía que se transfiere cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura. Energía térmica Es la energía debida a los enlaces que se establecen entre los átomos y demás partículas que forman una sustancia. Energía química Es la energía que emiten los átomos cuando sus núcleos se rompen (energía de fisión) o se unen (energía de fusión). Energía nuclear Es la energía que se propaga mediante ondas electromagnéticas, como la luz. Son ejemplo de energía radiante la energía solar, las microondas, los rayos X, etc. Energía radiante Tipos de energía La energía es una propiedad de los cuerpos o de los sistemas materiales que les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.

5. Propiedades de la energía La energía se transfiere La energía se puede almacenar y transportar La energía eléctrica se transporta por el tendido eléctrico. Una cocina transfiere energía térmica a la paellera. Las pilas almacenan energía. La energía se transforma La energía se degrada Cuando la chica cae, su energía potencial se transforma en cinética. Calor En los botes, parte de la energía se transforma en calor. Se degrada porque no puede ser utilizada de manera útil. En cada transformación, la cantidad total de energía se conserva. La energía se conserva

6. Peso Desplazamiento Peso → → → → → F F FX FX FX ¿Qué es el trabajo? El trabajo es la energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro por medio de una fuerza que provoca un desplazamiento. En el SI se mide en julios (J). El chico hace un gran esfuerzo con la mochila, pero no realiza ningún trabajo. El chico que arrastra la mochila, si realiza un trabajo, pues aplica una fuerza que provoca el desplazamiento de la mochila. α α W = F · x · cosα

7. → Froz → → → F P N La fuerza de rozamiento El trabajo de la fuerza de rozamiento siempre es negativo, pues la fuerza de rozamiento siempre se opone al movimiento. Wroz = F roz· x · cos 180º = - Froz·x

8. h1 h2 → → → → → P F F F P El trabajo modifica la energía Energía potencial Energía cinética Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza vertical que le hace desplazarse en esa misma dirección con velocidad constante, el trabajo desarrollado coincide con la variación de energía potencial que experimenta el cuerpo. W=∆EP Cuando sobre un cuerpo actúa un fuerza que le provoca un desplazamiento en su misma dirección, el trabajo desarrollado coincide con la variación de energía cinética que experimenta el cuerpo. WF=∆EC Energía mecánica Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza que provoca cambios en su velocidad y en su posición, el trabajo de esa fuerza es igual a la variación de energía mecánica que experimenta el cuerpo. WF=∆EM

9. W F · x P = = = F · v t t Potencia La potencia (Ρ) relaciona el trabajo realizado con el tiempo que se emplea en ello: Ρ = W / t ; Ρ=E / t ; En el SI la potencia se mide en vatios (W). Potencia y velocidad Potencias típicas de algunas máquinas.

10. Aumento de temperatura T = 0 K T = 300 K T = 1000 K Aumento de la velocidad de las partículas TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: CALOR El cero absoluto Según la teoría cinética, las partículas se mueven más o menos libremente dependiendo del estado físico. Cuanto más rápido se mueven, mayor es la temperatura de la sustancia EL CERO ABSOLUTO: -273,15º C ENERGÍA INTERNA ES LA SUMA DE TODAS LAS ENERGÍAS CINÉTICA Y POTENCIAL DE LAS PARTÍCULAS

11. Escalas termométricas KELVIN CELSIUS FAHRENHEIT 373 K 100 ºC 212 ºF 273 K 0 ºC 32 ºF 0 K - 273 ºC - 459 ºF

12. 30 50 10 Calor y equilibrio térmico El calor o energía térmica es la energía que se intercambia cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura, o cuando se produce un cambio de estado. Agua caliente Agua fría Agua con temperatura intermedia Cuando dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto el tiempo suficiente, sus temperaturas se igualan. Están en equilibrio térmico.

13. Partículas del gas El aire caliente sube Partículas del sólido Sentido de propagación del calor por conducción. Partículas del líquido El aire frío baja Transmisión de calor CONDUCCIÓN CONVECCIÓN La conducción es el modo en que se transmite la energía térmica en los sólidos. La energía se propaga gracias a los choques que se producen entre las partículas «calientes» y sus vecinas. La convección es el modo en que se transmite la energía térmica en los fluidos (líquidos y gases). La energía se propaga porque se produce un transporte de materia. La radiación es el modo en que se transmite la energía térmica entre dos cuerpos sin que exista ningún tipo de contacto material entre ellos. Se propaga por medio de ondas electromagnéticas y es la única forma en que se transmite energía térmica en el vacío. RADIACIÓN

14. 20 20 20 80 50 70 Cambio de temperatura Agua Agua Aceite Se denomina calor específico (ce) de una sustancia a la cantidad de calor que hay que comunicar a 1 g de la misma para que su temperatura aumente 1 K. En el SI se mide en J/(kg ⋅ K). Encendemos los hornillos. Diez minutos después… La temperatura que un cuerpo alcanza al absorber calor depende de su masa y del tipo de materia que lo forme.

15. SUBLIMACIÓN INVERSA Sólido Líquido Gas LICUACIÓN O CONDENSACIÓN SOLIDIFICACIÓN FUSIÓN VAPORIZACIÓN SUBLIMACIÓN Cambios de estado

16. Gas T (ºC) 100 Líquido Sólido 0 -20 0 4 8 12 16 20 24 28 t (min) Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición Toda la sustancia está en estado gaseoso. Cambio de estado de líquido a gas. No varía la temperatura PUNTO DE EBULLICIÓN O VAPORIZACIÓN Toda la sustancia está en estado líquido COINCIDE CON PUNTO DE CONDENSACIÓN Se produce el cambio de estado de sólido a líquido. La temperatura no varía. PUNTO DE FUSIÓN COINCIDE CON PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN

17. El motor de explosión ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPLOSIÓN ESCAPE Bujía Válvula de escape Válvula de admisión Cilindro Pistón Biela La mezcla gasolina-aire entra por la válvula de admisión, que se abre mientras el pistón baja. El pistón sube y comprime la mezcla. Salta la chispa en la bujía y la mezcla explota. Los gases producidos lanzan el émbolo hacia abajo, transmitiendo el movimiento a la biela. Se abre la válvula de escape y los gases son expulsados.

18. FOCO CALIENTE Qc W MÁQUINA TÉRMICA Qf FOCO FRÍO Máquinas frigoríficas Control de temperatura Indicador de temperatura Ventilador del evaporador Evaporador Compresor Desagüe Ventilador del compresor Condensador

19. Energía Trabajo, potencia y energía IR A ESTA WEB IR A ESTA WEB Enlaces de interés

20. Calor y temperatura Calentamiento global IR A ESTA WEB IR A ESTA WEB Enlaces de interés