Transferencias de energía U.1 La energía A.29 Trabajo, calor y variación de energía cinética
Supongamos que la temperatura del aire y del suelo es 0 ºC Supongamos que la temperatura del aire y del suelo es 0 ºC. Cogemos un trozo de hielo a 0 ºC y lo deslizamos sobre hielo a 0 ºC. La fuerza de rozamiento entre ambos trozos es 8 N. Si tiramos del trozo superior con una fuerza de 20 N durante 2 m, se funde un poco de hielo mientras que la temperatura se mantiene siempre a 0 ºC. ¿Qué transformaciones energéticas ocurren en ese proceso? ¿Podemos hablar de calor en algún momento de ese proceso? 20 N 8 N d = 2 m Se observa que se funde un poco de hielo, eso supone que hay un aumento de energía interna, la que gana el hielo al fundirse. Observamos que el trozo de hielo de 2 kg pasa de estar parado a estar en movimiento. Eso supone que aumenta la energía cinética de ese trozo. ¿De dónde procede ese aumento de energía? La energía ganada por el sistema es la que le hemos dado al tirar con la fuerza de 20 N y desplazar el hielo 2 m. No podemos hablar de calor, pues en ningún instante hay diferencia de temperatura entre dos sistemas que pueda provocar una transferencia de energía.
¿Cuál será la rapidez final del trozo de hielo? d = 2 m El trabajo realizado sobre el sistema es: W = 20 ·2 · cos 0 = 40 J El aumento de energía interna es el provocado por la fuerza de rozamiento: DEi = 8 · 2 = 16 J Aplicamos el primer principio de la termodinámica: W = DEi + DEc 40 = 16 + DEc DEc = 24 J = 0,5 · 2 · v2 – 0 v = 4,9 m/s
El aumento de energía interna está relacionado con el hielo fundido: Calcula cuánto hielo total se habrá fundido. ¿Puedes calcular cuánto hielo del trozo de 2 kg se habrá fundido? Explica por qué. 20 N 8 N d = 2 m El aumento de energía interna está relacionado con el hielo fundido: DEi = 16 J = m · 334,4 J/g m = 0,048 g No podemos saber cuánto hielo se funde del trozo de 2 kg y cuánto del trozo grande, ya que no es posible calcular el trabajo asociado a la fuerza de rozamiento. Sólo puede calcularse la variación global de energía interna, no la que corresponde a cada uno de los cuerpos.