tema 6 transferencia de energía
Post on 12-Apr-2017
346 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Tema 6
1. Qué es la energía y como se mide
Energía es la capacidad de los sistemas materiales
para producir cambios
La energía no es la causa de los cambios, son las
interacciones, y su consecuencia, las
transferencias de energía
La energía se puede transferir entre dos sistemas
materiales de dos formas: CALOR Y TRABAJO
Históricamente se han utilizado dos
unidades diferentes
Para medir el calor:
caloría (cal), que es la
cantidad de calor que se
ha de transferir a un
gramo de agua para que
su temperatura aumente
un grado centígrado
Para medir el trabajo:
julio (J), que es el trabjo
necesario para elevar a
un metro de altura un
objeto de 102 g de masa
En el S.I. la unidad de energía es el julio
calJ
Jcal
24,01
18,41
Manifestaciones de la energía: tres
grandes grupos
Energía
mecánica:
Em=Ec+Ep
Energía interna:
engloba a la
energía térmica y
energía química
Energía
radiante: todos
los cuerpos, por
estar a una
temperatura, emiten
radiación
electromagnética.
2. Transferencias de energía. Principio de conservación.
Un sistema material es una pequeña porción del
universo que se estudia de forma aislada; cuando
se trata de objetos concretos también se les llama
cuerpos
En función de cómo un sistema puede intercambiar
materia y energía con su entorno, podemos
clasificarlos en:
Sistema abierto:
puede intercambiar
materia y energía
Sistema cerrado: puede
intercambiar energía
Sistema aislado: no
intercambia ni materia
ni energía
Los sistemas materiales pueden
intercambiar energía de dos formas
En forma mecánica,
mediante trabajo,
siempre que una fuerza
produce un
desplazamiento. El
trabajo es energía en
tránsito. Los sistemas
materiales no tienen
trabajo, tienen energía´.
En forma térmica,
mediante calor, entre
dos sistemas que se
encuentren a diferente
temperatura. El calor es
energía en transito. Los
sistemas no tienen calor,
tienen energía.
Principio de conservación de la energía
La energía ni se crea ni se destruye, se transforma, por tanto se
conserva. Si un sistema material aumenta su contenido energético es
porque otro (u otros) lo ha disminuido en la misma cantidad
Propagación del calor: se produce una transferencia de
energía en forma de calor cuando dos sistemas se encuentran a
diferente temperatura, siempre va desde el que tiene mayor
temperatura al que tiene menos, hasta alcanzar el equilibrio térmico.
Puede producirse de tres modos.
Convección: en los
fluidos. Se produce
mediante transporte
de materia.
Las zonas de fluido caliente se expanden
disminuyendo su densidad, elevándose,
desplazando el fluido a menor
temperatura a la parte baja. Corrientes
de convección
Conducción: es la forma de transmitirse el calor en los sólidos. Las partículas
de la red cristalina del extremo calentado aumenta su agitación térmica, esta
agitación se transmite a lo largo del sólido. Si hay electrones libres, como en los
metales, el proceso se facilita y es un buen conductor térmico. No hay
transporte de materia, solo de energía
Radiación: los sistemas emiten
radiación electromagnética, cuya
energía depende de la temperatura a
la que se encuentre, también absorbe
parte de la energía que le llega. No
necesita materia para transmitirse.
3. La energía mecánica
Energía potencial gravitatoria: es la que tienen los cuerpos debido
a su posición en el campo gravitatorio.
hgmEp
Energía potencial elástica:
la que tienen los cuerpos
debido a su elasticidad 2
2
1xkEelástica
Energía cinética: es la que poseen los cuerpos debido a su movimiento.
2
2
1vmEc
Se define la energía mecánica de un cuerpo como la suma de las
energías potencial y cinética
pcm EEE
En un sistema aislado, la energía mecánica se conserva
0 mE
4. El trabajo modifica la energía mecánica. Potencia.
El trabajo es la energía que se transfiere de unos sistemas a otros
por la acción de una fuerza que se desplaza. El trabajo mecánico es
el producto de la fuerza aplicada, en la dirección del movimiento, por
el desplazamiento producido
xFW
El trabajo se mide en julio (J):
1J=1N·1m
El trabajo modifica la energía potencial: si queremos elevar un
cuerpo a una cierta altura, modificando su energía potencial, hemos
de aplicar una fuerza opuesta a su peso y, al menos, del mismo
módulo
pppababF EEEhgmhgmhhgmhFWab
El trabajo realizado por la
fuerza F se “almacena” en el
cuerpo como energía potencial
La potencia mide la rapidez con la que se realiza un trabajo
segundo
julioWvatio
t
WP
Las máquinas nunca llegan
a desarrollar su potencia de
forma útil. Rendimiento:
100teórica
útil
P
PR
El teorema de las fuerzas vivas: si a un cuerpo, que se puede
mover sobre una superficie horizontal, se le aplica una fuerza neta
constante paralela al plano, se producirá una variación de su
velocidad y. por tanto, de su energía cinética.
Si el cuerpo parte del reposo
(t0=0; v0=0) y alcanza una
velocidad final v
cF Evmtt
vmtaamxamxFW 22
2
22
2
1
2
1
2
1
El trabajo realizado por la fuerza que actúa sobre un cuerpo se
invierte en modificar su energía cinética
22
2
1ifcF vvmEW
neta
5. Energía térmica, calor y otros conceptos relacionados
La energía térmica de un cuerpo es la suma de todas las energías
cinéticas de las partículas que lo constituyen. Es parte de su energía
interna
La temperatura (en el SI su unidad es el kelvin K)
es una magnitud proporcional a la energía cinética
media de sus partículas
La energía térmica de un sistema, depende no solo de su
temperatura, sino también de su masa y su naturaleza
273)(º)( CtKT
Calor y temperatura son dos conceptos diferentes, aunque
íntimamente relacionados. Cuando dos sistemas a diferente
temperatura entran en contacto, se produce una transferencia de
energía desde el cuerpo a mayor temperatura hacia el de menor,
hasta alcanzar el equilibrio térmico.
Calor específico de una sustancia es la cantidad de energía que
hay que proporcionar a 1 kg de esta para elevar su temperatura 1 K
tm
Qce
cedidocalorQmenormenorTT
absorbidocalorQmayormayorTT
TTcmQ
if
if
ife
_;0
_;0
)(
6. Efectos del calor. Calorimetría.
En general, cuando suministramos calor a un cuerpo se produce un
incremento de temperatura. En los cambios de estado no varía la
temperatura.
Calor latente de cambio de estado es la energía necesaria para
producir el cambio de estado de 1 kg de cualquier sustancia, a
temperatura constante. Es una propiedad característica
v
f
cmQ
cmQ
Calorimetría: nos referimos al estudio y medidas de calores
específicos, temperaturas de equilibrio de los sistemas, etc..
De acuerdo con el principio de conservación de la energía
0)()(
0
2211 21
TTcmTTcm
eeee
ganadocedido
7. Máquinas térmicas
Una máquina térmica es un dispositivo capaz de transformar en
trabajo parte del flujo calorífico que se establece entre dos sistemas
a diferente temperatura (foco caliente y foco frío)
Rendimiento de una máquina térmica: cociente entre el
trabajo mecánico producido y el calor aportado por el
foco caliente
100dimRe1
Q
Wienton
Las máquinas térmicas se clasifican en
Máquinas de combustión
externa: la expansión es
generada por un foco calorífico
exterior a la máquina (máquina
de vapor)
Máquinas de combustión
externa: los gases que se
expanden son producidos por
una reacción de combustión que
se produce en el interior de la
máquina
8. Las ondas transfieren energía
Una onda es la propagación de una perturbación, una vibración, por
el espacio, con transporte de energía y sin transporte de materia.
Pueden ser:
Ondas mecánicas: se necesita
un medio material. Las partículas
vibran alrededor de un punto
pero no se desplazan: se
transfiere energía (ej: el sonido)
Ondas electromagnéticas: se
propagan en el vacío y también
en ciertos medios materiales (ej:
la luz)
Las ondas se caracterizan
por una serie de
magnitudes físicas
Longitud de
onda, λ,
distancia entre
dos crestas o
dos valles, se
mide en
metros
Frecuencia, f,
número de
oscilaciones
por segundo.
En el SI se
mide en hercio,
Hz.
Rapidez de
propagación,
v, es el espacio
recorrido por la
onda en la
unidad de
tiempo (m/s)
Amplitud, es
la máxima
altura que
alcanza la
onda
Periodo, es el tiempo que
tarda en realizar una
oscilación completa. Se
mide en segundos.
La energía que transportan las ondas es tanto mayor cuanto
mayor es su amplitud y frecuencia
top related