Física y Química 4º ESO Apuntes de Dinámica página 1 de 5 CONCEPTO DE ENERGÍA

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1 Física y Química 4º ESO Apuntes de Dinámica página 1 de 5 CONCEPTO DE ENERGÍA Antes se definía la energía como la capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. Vamos a ver una explicación más aceptable del concepto de energía dada por R. Feynman que, además de haber sido premio Nobel en Física era un gran maestro a la hora de poner a nuestro alcance el entendimiento de los conceptos de la Física. Supongamos que en las ecuaciones anteriores quitamos el primer miembro. Lo que ocurre con la energía viene a ser lo mismo. La energía a veces sale de un sistema, otras entra en él pero lo que siempre ocurre es que el total de la misma permanece constante. La energía corresponde por tanto a la capacidad de un sistema para actuar sobre otro o sobre él mismo cambiando su estado dinámico o alterándolo de cualquier otra forma por ejemplo deformándolo.

2 Física y Química 4º ESO Apuntes de Dinámica página 2 de 5 La energía tiene diferentes manifestaciones TIPOS DE ENERGÍA Energía mecánica cuando está asociada al estado de un sistema (reposo, movimiento, posición... Puede presentarse como: Energía cinética Es la que se asocia a un sistema debido a su estado de movimiento se expresa matemáticamente según la expresión: E c = de movimiento. Donde m es la masa y v la velocidad. El ciclista tiene energía cinética por su estado Energía potencial elástica Energía potencial gravitatoria La energía que posee un sistema debido a su posición en el campo gravitatorio. Las pesas adquieren energía potencial cuando se suben. Su valor viene dado por la expresión E p = m g h Siendo: m la masa, g la aceleración de la gravedad y h la altura sobre el suelo. Es la energía que adquiere un sistema elástico cuando se separa de su posición de equilibrio. E pe = de equilibrio. Energía eléctrica Siendo K la constante recuperadora y x la separación respecto de la posición Las cargas eléctricas se mueven desde donde tienen mayor energía potencial a donde su energía potencial es menor transformando esta diferencia de energía potencial en energía eléctrica. Energía potencial eléctrica: Los electrones o cualquier otra carga situada en un campo eléctrico tiene una energía potencial debido a su posición. El valor de esa energía es: 1 4 Donde Q es la carga que crea el campo, q la carga cuya energía potencial consideramos y la distancia entre ellas es r. La primera fracción no es mas que un valor constante que depende del medio en que se encuentren las cargas.

3 Física y Química 4º ESO Apuntes de Dinámica página 3 de 5 Energía química Se libera o se absorbe en un proceso químico. Un buen ejemplo es una reacción de combustión. Energía radiante De tipo electromagnético, se propaga también en el vacío. La luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos infrarrojos, los rayos X, las ondas de radio y televisión, las microondas, rayos gamma son ejemplos de esta forma de energía. Energía térmica Se libera en forma de calor. Para que esto ocurra, se transfiera calor, es necesario que exista una diferencia de temperatura entre los cuerpos y siempre pasa del que está a mayor temperatura al que se encuentra a menor temperatura. Energía nuclear Se produce como consecuencia de procesos en los núcleos de los átomos en los que como productos se obtienen otros núcleos y/o partículas cuya masa total es inferior a la masa inicial de los sistemas que interaccionan. Esa diferencia de masa se transforma en energía. Son de dos tipos de fusión (dos núcleos menores se funden en otro mayor) y de fisión (un núcleo se rompe en otros menores generalmente por la acción de una partícula que choca contra él) siempre la masa de los productos es menor que la inicial. Atendiendo a las fuentes de las que se obtienen podemos clasificar la energía en dos tipos: Energías renovables son aquellas que se obtienen a partir de fuentes naturales inagotables y que se pueden regenerar por medios naturales. Pueden considerarse no contaminantes y contaminantes. Entre las primeras tenemos la energía solar, eólica, geotérmica, maremotriz (mareas), undimotriz (olas), hidráulica (saltos de agua), energía azul (aprovecha la distinta salinidad de aguas mediante el uso de membranas semipermeables, como subproducto se obtiene agua salobre, se empieza a usar en Holanda) Contaminante se puede considerar la biomasa aunque hay quien no supone tal cosa puesto que para obtenerla se necesita plantar vegetales en amplias extensiones que consumen el CO 2 que luego producen. Energías no renovables se obtienen a partir de reservas minerales que una vez consumidas no vuelven a generarse. Combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas natural. Combustibles nucleares: uranio, plutonio.

4 Física y Química 4º ESO Apuntes de Dinámica página 4 de 5 CONCEPTO DE TRABAJO Supongamos que queremos levantar un objeto que se encuentra en el suelo y colocarlo sobre una estantería a una cierta altura. Para lograrlo debemos aplicar una fuerza que origine un desplazamiento. De la misma forma si aplicamos una fuerza a un objeto sobre una superficie horizontal podemos hacer que aumente su velocidad, provocamos por tanto una variación en la energía cinética. Podemos pues considerar que el trabajo es energía en tránsito desde el sistema que lo realiza al sistema que es objeto de ese trabajo. Si sobre un cuerpo actúa una fuerza F provocando un desplazamiento d con el que forma un ángulo α el trabajo realizado se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por el desplazamiento, es decir, el producto de la fuerza F por el desplazamiento d por el coseno del ángulo que forman los dos vectores.. Como se ve podemos considerar el trabajo como el producto de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento por el propio desplazamiento.. Esto implica que : Si la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de 0 o el trabajo será W = F d y si son 180 o W= - F d La unidad de trabajo en el sistema internacional es el julio (J) trabajo realizado por una fuerza de 1 N que desplaza su punto de aplicación 1 m. 1 J = 1 N m = 1 kg m 2 /s 2. CONCEPTO DE POTENCIA Qué diferencia hay entre dos coches de la misma marca, igual modelo pero con motorizaciones diferentes? Todo el mundo lo sabe LA POTENCIA. La potencia es la capacidad de realizar un trabajo en un tiempo determinado. La potencia se define como el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo que se emplea en realizarlo: Solamente en el caso de que el movimiento sea uniforme podemos considerar que la potencia será el producto de la fuerza por la velocidad. La unidad de potencia en el SI es el vatio (W) se define como la potencia de una máquina capaz de realizar un trabajo de 1 julio en un tiempo de 1 segundo. Los dos coches pueden alcanzar una velocidad de 80 km/h, suponiendo que su masa fuese la misma, la diferencia entre ambos es la potencia de sus motores.

5 Física y Química 4º ESO Apuntes de Dinámica página 5 de 5 ENERGÍA MECÁNICA Cuando sujetamos un libro y lo elevamos, el libro adquiere energía, si empujamos un carrito y lo ponemos en movimiento, también el carrito adquiere energía. Si lo que hacemos es comprimir un resorte, también éste adquiere energía. En todos los casos los sistemas adquieren energía mecánica. Sin embargo el tipo de energía mecánica adquirido en cada caso es diferente. En el primer caso la energía es energía potencial gravitatoria, en el segundo se trata de energía cinética y en el tercero es energía potencial elástica. Energía cinética es la energía de un sistema debido a su estado de movimiento. 2 Siendo m la masa del sistema y v su velocidad. Como se puede deducir la unidad de energía cinética es la misma que la de trabajo. Energía potencial gravitatoria es la energía de un sistema debido a la posición que ocupa en el campo gravitatorio. Su valor viene dado por la expresión donde m corresponde a la masa, g la aceleración de la gravedad y h la altura respecto del suelo. También la energía potencial tiene como unidad el julio. Puede deducirse a partir del análisis dimensional. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA Supongamos el caso del balón de baloncesto de la figura. Sobre él no actúa otra fuerza que la de su propio peso mientras cae. Si el rebote es totalmente elástico la fuerza que se ejerce sobre él hacia arriba producirá una aceleración inicial que le forzará a volver a subir hasta la posición desde la que inicialmente cayó. Por tanto, la energía potencial que tiene en principio se va transformando en energía cinética y potencial hasta que al llegar al final de la caída tiene solamente energía cinética. altura h0 y en reposo altura h velocidad v m g h 0 m g h m v 2 /2 Tras el rebote la energía cinética inicial se va transformando en energía potencial hasta que llega al punto más alto con la misma energía potencial que en el momento en que se inicia la caída. h = 0 m v f2 /2

1 cal = 4,18 J. 1 kwh = 1000 Wh = 1000 W 3600 s/h = 3600 1000 J = 3 6 10 6 J

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