tema 6 transferencia de energía

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Tema 6

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Page 1: Tema 6 transferencia de energía

Tema 6

Page 2: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 3: Tema 6 transferencia 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

Page 4: Tema 6 transferencia de energía

En el S.I. la unidad de energía es el julio

calJ

Jcal

24,01

18,41

Page 5: Tema 6 transferencia de energía

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.

Page 6: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 7: Tema 6 transferencia de 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.

Page 8: Tema 6 transferencia de 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

Page 9: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 10: Tema 6 transferencia de energía

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.

Page 11: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 12: Tema 6 transferencia de energía

Energía cinética: es la que poseen los cuerpos debido a su movimiento.

2

2

1vmEc

Page 13: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 14: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 15: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 16: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 17: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 18: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 19: Tema 6 transferencia de energía

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.

Page 20: Tema 6 transferencia de energía

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

)(

Page 21: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 22: Tema 6 transferencia de energía
Page 23: Tema 6 transferencia de energía

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

QQ

eeee

ganadocedido

Page 24: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 25: Tema 6 transferencia de energía

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

Page 26: Tema 6 transferencia de energía

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)

Page 27: Tema 6 transferencia de energía

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.

Page 28: Tema 6 transferencia de energía

La energía que transportan las ondas es tanto mayor cuanto

mayor es su amplitud y frecuencia