Trabajo y energía.

Presentación del tema: "Trabajo y energía."— Transcripción de la presentación:

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 Efectos del calor sobre los cuerpos Transmisión de calor Cambio de temperatura Energía térmica y trabajo mecánico El calorímetro Transformación entre calor y trabajo Cambios de estado Equivalencia entre calor y trabajo Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición Dilatación de los sólidos Dilatación de los líquidos

4 que les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.
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. Energía mecánica 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 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 Energía potencial (EP). Es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. 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 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 Energía térmica Es la energía que se transfiere cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están a distinta temperatura. Energía química Es la energía debida a los enlaces que se establecen entre los átomos y demás partículas que forman una sustancia. Energía nuclear Es la energía que emiten los átomos cuando sus núcleos se rompen (energía de fisión) o se unen (energía de fusión). Energía radiante 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.

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 Cuando la chica cae, su energía potencial se transforma en cinética. La energía se degrada Calor En los botes, parte de la energía se transforma en calor. Se degrada porque no puede ser utilizada de manera útil. La energía se conserva En cada transformación, la cantidad total de energía se conserva.

6 ¿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. Peso Desplazamiento Peso FX → F → F → FX → α α FX → W = F · x · cosα

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

8 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 F → P → F F → P → h1 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 h2 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 Potencia P = W F · x = t = F · v
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 P = W F · x = t = F · v Potencias típicas de algunas máquinas.

10 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 Aumento de temperatura Aumento de la velocidad de las partículas T = 0 K T = 300 K T = 1000 K 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 Agua con temperatura intermedia
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. 30 Agua caliente Agua fría 50 10 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 Transmisión de calor CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN
Partículas del sólido Sentido de propagación del calor por conducción. Partículas del gas Partículas del líquido El aire caliente sube El aire frío baja 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 Encendemos los hornillos. Diez minutos después…
Cambio de temperatura 20 20 20 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… 80 50 70 La temperatura que un cuerpo alcanza al absorber calor depende de su masa y del tipo de materia que lo forme.

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

16 Cambios de estado. Puntos de fusión y ebullición
-20 100 T (ºC) 4 8 20 12 16 28 24 t (min) Toda la sustancia está en estado gaseoso. Cambio de estado de líquido a gas. No varía la temperatura Gas 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. Líquido Sólido 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 Máquinas frigoríficas
Control de temperatura Indicador de temperatura FOCO CALIENTE FOCO FRÍO MÁQUINA TÉRMICA Qf Qc W Ventilador del evaporador Evaporador Compresor Desagüe Ventilador del compresor Condensador

19 Trabajo, potencia y energía
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20 Enlaces de interés Calor y temperatura Calentamiento global
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