Contenido del blog dirigido al área de Ciencias Experimentales como material de apoyo para la asignatura de Conservación de la energía y sus interacciones con la materia.
¿De qué factores depende que una sustancia se caliente o enfríe, más o menos, que otras?
Para preparar café, se calienta agua en una olla en la estufa. Se añade a la olla tanta agua como tazas de café se vayan a preparar, Una vez añadida el agua, encendemos la estufa. ¿Cuánto tiempo tardará en hervir el agua de una taza? Y si se van a preparar más tazas, ¿el agua tardará en hervir el mismo tiempo que en el caso anterior? Es obvio que cuando la cantidad de agua aumenta, el tiempo de calentamiento será más prolongado, pues si cada unidad de masa absorbe cierta cantidad de energía (transferida como calor) para llegar al punto de ebullición, se necesitará el doble para elevar la temperatura del doble de masa.
La gráfica muestra el cambio de temperatura del agua líquida en función de la cantidad de calor aplicada. La relación es lineal debido a que la capacidad calorífica específica del agua líquida es constante. Por cada 100 J de energía transferida como calor a 1 gramo de agua líquida, la temperatura de éste, aumenta aproximadamente 23.92°.
La energía transferida como calor necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia, es proporcional a su masa y al aumento de temperatura requerido. La constante de proporcionalidad de este proceso se denomina capacidad calorífica específica y se expresa en unidades de energía por unidad de masa y por unidad termométrica.
Q es la energía transferida
C es la capacidad específica de la sustancia.
m es la masa de la sustancia
⃤ T es la diferencia entre las temperaturas final e inicial del proceso
Las sustancias están compuestas por diferentes elementos en composiciones variables y sus estructuras moleculares son distintas, por tanto, absorben energía en diferentes proporciones. Se necesitan diferentes cantidades de energía para que masas iguales de dos sustancias diferentes, cambien su temperatura en una unidad termométrica (tienes diferentes capacidades caloríficas específicas).
Capacidad calorífica específica de algunos materiales.
Parte de la física que estudia el calor y sus efectos sobre la materia.
Temperatura.
Magnitud física que determina, junto con la presión y el volumen, el estado de un sistema. Medida de la energía cinética, de los átomos o moléculas que constituyen a la materia y la podemos medir con un termómetro, sus diferentes escalas son Celsius, Fahrenheit y Kelvin. Es también, una medida de la cantidad de energía interna que un sistema puede transferir como calor a otro de menor temperatura; es proporcional a la energía cinética promedio de las partículas de un sistema (energía interna).
🔍La temperatura.
En la primera parte (izquierda), se muestran las dos regiones que componen este sistema y que inicialmente tienen diferente temperatura, alta y baja, representadas por el movimiento, más rápido y más lento respectivamente, de sus partículas. Las flechas indican la cantidad de movimiento de las partículas, que produce la transferencia de calor de la región de alta temperatura a la de baja temperatura. En la segunda parte (derecha), se ilustra un sistema en equilibrio térmico, donde no hay transferencia neta de calor, reflejado en el movimiento uniforme de las partículas en todo el sistema. Se demuestra visualmente que en el equilibrio térmico, las partículas en todas las regiones tienen la misma energía promedio y por tanto, la misma temperatura.
Cuando la energía de las partículas de un sistema aumenta porque se les ha transferido energía de las partículas de otro, con el que podría tener contacto directo o no, aumenta su temperatura, como consecuencia, las partículas que han transferido su energía hacia otras que tenían menor cantidad, disminuyen su energía y por tanto, disminuyen su temperatura. Este proceso termina cuando ambos sistemas llegan a un punto en el que tienen la misma temperatura, llamado equilibrio térmico.
Transferencia de calor.
Cuando dos sistemas tienen contacto entre sí, el calor se transfiere por conducción.
Cuando dos sistemas están en contacto con un fluido en común (como el aire), el fluido se mueve transportando la energía de un sistema a otro, el calor se transfiere por convección.
La energía puede transmitirse mediante ondas electromagnéticas en el vacío pues no necesita de un medio material para su propagación, el calor se transfiere por radiación.
Calor.
Aumento o disminución de la temperatura que posee un cuerpo, su unidad es lacaloríay se puede medir con uncalorímetro. Transferencia de energía entre dos sistemas que están a diferente temperatura, cuando la temperatura de ambos sistemas es la misma, no existe transferencia de energía (no hay calor).
¿Cómo se mide la temperatura?
Existen diversas maneras de medir la temperatura basadas en medir propiedades físicas que dependen de la cantidad de energía interna de las sustancias, como el volumen. El volumen de una sustancia cambia con la temperatura y las sustancias aumentan su volumen (se dilatan) cuando aumenta su temperatura y lo disminuyen (se comprimen), cuando ésta disminuye, a este fenómeno se le llama dilatación térmica, lo ves aplicado en los termómetros de mercurio (cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el calor).
La dilatación térmica se aplica en la fabricación de termómetros construidos con cintas de dos metales diferentes (bimetálicos o termopares), donde la diferencia en la dilatación de la longitud de las cintas al calentarse provoca que el armado de ambas se doble o estire.
Entre otras propiedades que se utilizan para medir la temperatura están la presión y la conductividad eléctrica, de echo, la densidad fue la primera propiedad utilizada para fabricar un termómetro.
Ecalas termométricas:
Fahrenheit. Toma como punto superior, la temperatura del cuerpo humano (96°) y como punto inferior la temperatura de una mezcla de agua, sal y cloruro de amonio (0°). Con esta escala, las temperaturas de ebullición y congelación del agua son 212° y 32° respectivamente.
Celsius. Antes llamada centígrada. En esta escala la temperatura del agua de ebullición es de 100° y la del agua congelada es de 0°, ambas a nivel del mar.
Kelvin o escala absoluta. Relacionada con la energía cinética promedio de las partículas de un sistema, si la energía aumenta o disminuye pasa lo mismo con la temperatura. ¿Existirá algún punto donde las partículas no tengan energía cinética y su temperatura sea cero? William Thomson dedujo que esta temperatura existía y corresponde a temperaturas negativas en escalas Celsius y Fahrenheit, y por debajo de este valor no existía ningún otro. Por tanto, el cero se propuso como valor absoluto en la escala Kelvin y equivale a -273.15 °C o -459.67 °F.
🔍Diferencia entre temperatura y calor.
Teoría cinética de los gases.
Explica el comportamiento y las propiedades de los gases en términos del movimiento de sus partículas.
Principios básicos:
Las moléculas de un gas están en constante movimiento aleatorio y se mueven en todas las direcciones a diferentes velocidades.
Las moléculas colisionan entre sí y con las paredes del contenedor. Estas colisiones se consideran elásticas, lo que significa que no hay perdida neta de energía cinética.
Se asume que las fuerzas de atracción o repulsión entre as partículas de gas son insignificantes, por lo que su comportamiento se puede considerar independiente de éstas.
Para los gases ideales, se considera que la energía potencial entre sus partículas es despreciable. Se asume que las partículas están lo suficientemente separadas y que las fuerzas intermoleculares son insignificantes. Sin embargo, para los gases reales, bajo condiciones de alta presión y temperatura, la energía potencial puede jugar un papel importante debido a que las interacciones entre sus partículas se vuelven significativas.
Leyes de los gases.
🔍 Ley de Boyle.
A temperatura constante, el volumen de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional a su presión. Si aumenta la presión, el volumen disminuye y viceversa. La energía cinética promedio de las partículas (relacionada con la temperatura) se mantiene constante, pero cambia la manera en que estas partículas se distribuyen en el espacio (volumen).
🔍 Ley de Charles.
A presión constante, el volumen de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a su temperatura, aumenta el volumen, y si se reduce, el volumen disminuye también. Al incrementar la temperatura, aumentas la energía cinética promedio de las partículas del gas, lo que hace que se muevan más rápidamente y ocupen más espacio (mayor volumen).
🔍 Ley de Gay-Lussac.
A volumen constante, la presión de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a su temperatura. Al aumentar la temperatura, también aumenta la presión y al disminuir, la presión baja. Al aumentar la temperatura (y la energía cinética promedio), las partículas del gas chocan con más fuerza contra las paredes del contenedor, lo que aumenta la presión.
🔍 Ley de Avogadro.
La misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. La energía cinética promedio para las partículas de diferentes gases es la misma si están a la misma temperatura, independientemente de las diferencias en sus propiedades moleculares.
¿A qué se debe el estado de agregación de la materia?
La materia está formada por pequeñas partículas llamadas átomos, por agrupaciones de éstos llamados moléculas, por átomos o moléculas con carga eléctrica llamados iones o por mezclas de cualquier partícula de las anteriores.
Esquema que muestra la ionización del ácido clorhídrico en agua. En ésta hay átomos de hidrógeno, cloro y oxígeno formando las moléculas de que interaccionan para formar los iones hidronio y cloruro.
Mezcla homogénea (tierra y agua) y mezcla heterogénea (agua y azúcar).
La forma en que las partículas interactúan entre sí, está determinada por la energía cinética que tienen, la cual puede aumentar o disminuir mediante transferencia de energía (trabajo o calor). El resultado de estas interacciones se observa en el estado de agregación que guardan las sustancias que componen.
Principales estados de agregación de la materia.
Dentro de los límites de presión y temperatura en la Tierra, la materia se puede encontrar de forma natural en tres estados de agregación: sólido, líquido y gas. Cada estado depende del promedio de energía cinética que tienen sus partículas.
Cada partícula está separada de las otras dependiendo de la cantidad de energía cinética que tienen.
En un sólido: las partículas tienen poca energía cinética, por tanto, se encuentran muy "juntas" y pareciera que no se mueven.
En un líquido: las partículas tienen un movimiento apreciable (mas energía cinética), lo que permite cambiar de posición, pero siempre dentro de un volumen definido.
En un gas: las partículas tienen una mayor cantidad de energía cinética, suficiente para vencer las fuerzas de cohesión que existen entre ellas y llenar todo el volumen del recibiente en el qu3e se encuentra.
¿Qué factores determinan el estado de agregación de la materia?
La temperatura que tiene una sustancia, en un momento determinado, es proporcional a la energía cinética promedio de sus partículas. Cuando a un fragmento de materia se le ha transferido energía, aumenta la energía cinética de sus partículas y por tanto, se eleva su temperatura. Si el fragmento de materia transfiere energía a otro sistema o a los alrededores, la energía cinética de sus partículas disminuye al igual que su temperatura.
Existen fuerzas de interacción entre las partículas llamadas fuerzas intermoleculares que las mantienen juntas. De inicio, las partículas necesitan energía suficiente para vencerlas fuerzas y cambiar de estado, de igual forma, existe otra fuerza que trata de mantener a las partículas juntas: la presión a la que están sometidas. Cuando aumenta la presión a la que se somete un líquido sobre la superficie de la Tierra (presión atmosférica), la temperatura a la que el líquido bulle para convertirse en gas (temperatura de ebullición) también lo hace. Si por el contrario, la presión atmosférica disminuye, también disminuye la temperatura de ebullición.
La transferencia de energía mediante trabajo se produce cuando se levanta un objeto en dirección contraria al campo gravitatorio de la Tierra o cuando se juntan dos cargas eléctricas del mismo signo. La energía utilizada es ganada por el objeto que levantamos o las cargas eléctricas que acercamos entre sí, sin embargo, tanto el objeto como las cargas eléctricas, liberarán la energía transferida por el trabajo al concluir la fuerza que las mantiene en ese estado (energía potencial).
Transferencia de energía.
Al desaparecer la fuerza aplicada, el objeto que fue levantado, caerá a su posición original, haciendo un trabajo igual, pero de signo contrario al que se aplicó al inicio. Lo mismo sucede con las cargas eléctricas que se forzaron a estar más cerca una de la otra, de lo que estaban originalmente.
El trabajo positivo o negativo depende de si la fuerza le transfiere energía al objeto o si se la resta. Por ejemplo, el jugador de futbol que lanza la pelota realiza un trabajo positivo y quien la recibe realiza un trabajo negativo al detenerla.
El trabajomodifica la cantidad de energía que poseen los objetos: cuando se hace trabajo sobre un sistema u objeto, se añade energía, por el contrario, cuando el sistema u objeto es el que hace trabajo y "cede" parte de su energía a otro objeto o sistema o a sus alrededores.
🔍Concepto de Trabajo.
El trabajo mecánico es la acción de una fuerza sobre un cuerpo en reposo o movimiento, de modo tal que produzca un desplazamiento en este, proporcional a la energía invertida en la fuerza que lo mueve. El trabajo mecánico es una magnitud escalar, cuya unidad de medida en el SI es el Joule (J).
w = F * d
Es la cantidad de energía transferida a un cuerpo mediante una fuerza que actúa sobre el y que es paralela a su consecuente desplazamiento.
Si la fuerza aplicada sobre el cuerpo logra un desplazamiento que no es paralelo a su dirección, el ángulo es mayor a 0° y menor a 90°, por tanto, el trabajo será dado por:
w = Fcosፀ * d
El sonidoes una forma de trabajo mecánico ya que transfiere energía a través de un medio material que cambia de posición continuamente de forma cíclica debido a la perturbación que sufre el medio, como consecuencia de un cambio de presión, este cambio es equivalente al cambio de la fuerza aplicada por unidad de área del medio y hace el sonido se mueva en forma de ondas.
Un altavoz emite ondas longitudinales (con regiones de compresión y refracción en el aire) que son percibidas por el oído humano como sonido
El trabajo eléctrico se produce a aplicar una diferencia de voltaje entre dos puntos de un circuito y transferir energía a las cargas eléctricas contenidas en él, produciendo su movimiento llamado corriente eléctrica. Las perturbaciones dentro de los campos eléctrico y magnético de un sistema, producen que las partículas con carga eléctrica (como los electrones), se muevan de forma ondulatoria dentro de él.
Ejemplo: Cuando se conecta un dispositivo a una fuente de energía eléctrica (batería), se establece una diferencia de energía potencial o voltaje, que mueve las cargas eléctricas entre los polos de la batería, produce una corriente eléctrica y esta transfiere la energía de su movimiento al dispositivo que al funcionar hace un trabajo.
¿Cómo percibir la transferencia de energía?
La energía eléctrica puede transformarse en energía luminosa.
La transferencia de energía eléctrica a través de un foco con bulbo incandescente, se lleva a cabo de la siguiente manera:
Conexión a la fuente de energía eléctrica. El foco se conecta a una toma de corriente eléctrica o a una batería para que circule la electricidad a través de él.
Paso de corriente eléctrica por el filamento de tungsteno. La corriente eléctrica fluye por el filamento de tungsteno (material resistivo) y la corriente eléctrica produce calor, lo que hace que el filamento se caliente.
Emisión de luz. El filamento de tungsteno se calienta hasta alcanzar una temperatura muy alta y provoca que sus átomos emitan la energía absorbida como fotones de luz en el espectro visible. El filamento se encuentra dentro de un bulbo de vidrio sellada al vacío o llena de gas inerte (argón) que no reacciona con el tungsteno (evitando que el filamento pierda su estructura y se fracture dejando de conducir la electricidad).
El resultado final es la producción de luz pero también se produce una cantidad significativa de calor en el proceso, la mayor parte de energía que se transforma en este tipo de focos, se convierte en calor y por tanto, son ineficientes en consumo energético.
La energía eléctrica puede transformarse en energía cinética.
Un motor eléctrico es una máquina con capacidad de transformar la energía eléctrica en energía cinética debido a la acción de los campos magnéticos generados por su bobina, que funciona como un electroimán.
Un electroimán.
🔍Electroimán.
Explicación: La electricidad fluye a través del alambre de cobre de la bobina (solenoide), creando un campo magnético. El alambre de cobre está enrollado alrededor de un núcleo de hierro, por lo que al pasar la corriente eléctrica en el alambre, el cambo magnético producido convierte al núcleo de hierro en un imán artificial y permite enviar una corriente eléctrica a través de otro cable enrollado, colocado dentro del campo magnético de la bobina. La corriente eléctrica que fluye a través del enrolado produce un segundo campo magnético que interactúa con el campo magnético de la bobina y produce una fuerza de tensión que hace girar el rotor del motor.
🔍Cómo funciona un motor eléctrico.
En resumen, el rotor está conectado al eje que puede transferir el movimiento a otras partes móviles (la energía eléctrica se transforma en energía mecánica). El motor eléctrico siempre tiene una interacción entre la corriente eléctrica de la bobina y un campo magnético externo a ella, la cual genera una fuerza de torque que logra rotar el eje.
La energía eléctrica puede transformarse en energía calorífica.
🔍Cómo funciona una plancha para ropa.
En una plancha, tostador, cafetera y otros aparatos eléctricos de una casa, la energía potencial se transforma en calor. Esto sucede debido a que el material conductor siempre opone resistencia al paso de la carga eléctrica a través de él, se resiste al movimiento de los electrones o corriente eléctrica y esta resistencia tiene como consecuencia que el material del que está fabricado el conductor, aumento su temperatura.
El control de la temperatura se ejerce mediante un interruptor de la corriente sensible a ella, llamada termostato y este funciona gracias a un termopar o bimetálico.
En física, un sistema es un conjunto de elementos relacionados entre sí, actúan de manera específica y coordinada, que funcionan como un todo. Cualquier segmento de la realidad, por lo tanto, puede ser considerado un sistema, siempre y cuando sea posible distinguir sus componentes interrelacionados del exterior. Los elementos de un sistema pueden funcionar independientemente pero siempre formarán parte de una estructura mayor.
En física, un objeto es una entidad que tiene existencia física (materia y energía) y que se puede percibir a través de los sentidos. Un objeto puede ser parte de un sistema pero no necesariamente todo sistema está compuesto por objetos.
🔍Transferencia de energía.
La transferencia de energía es el cambio que tiene la energía de una forma a otra, es la transmisión de energía de un objeto o sistema a otro objeto o sistema, incluso entre las partes de un mismo sistema. Por ejemplo, cuando un autobús quema gasolina, la energía que tenía la gasolina se transforma en calor (otra forma de energía).
Calor
Aumento de energía cinética de las partículas de una sustancia y por tanto, de su temperatura.
La energía puede transferirse como calor (por conducción, convección o radiación, incluyendo la radiación electromagnética),trabajo mecánico o trabajo eléctrico
El calor es una forma en que la energía se transfiere entre dos cuerpos o sistemas, o bien entre partes de un mismo sistema cuando están a diferentes temperaturas. La temperatura de los cuerpos es una medida relacionada con la energía cinética de las partículas que los conforman.
La energía térmica es la parte transferible de la energía cinética que contienen las partículas de un cuerpo, por tanto, se puede afirmar que ningún cuerpo puede transferir la totalidad de la energía cinética de sus partículas.
El modelo cinético- molecular explica el comportamiento de la materia en términos de movimiento microscópico de sus partículas y de las interacciones entre ellas, relacionándolos con sus propiedades macroscópicas, como la presión, volumen y temperatura.
En termodinámica, la transferencia de energía térmica sucede cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos y se establece un flujo de calor desde un objeto de mayor temperatura hacia el de menor temperatura, ya sea por conducción, convección o radiación.
🔍Conducción, convección y radiación.
CONDUCCIÓN.
Se refiere a la transferencia de energía (como calor), directamente entre dos sistemas a diferente temperatura, cuando tienen contacto entre ellos.
Esta transferencia ocurre a nivel molecular cuando los átomos o moléculas más calientes (a mayor temperatura), transfieren parte de su energía a los átomos o moléculas más frías (a menor temperatura)., por contacto directo.
CONVECCIÓN.
Cuando se calienta algún fluído, líquido o gas, se produce la dilatación térmica, consiste en el aumento de volumen por unidad de masa que adquiere el fluido y que en consecuencia produce que su densidad disminuya. Cuando esto sucede dentro de un sistema que está absorbiendo energía, las partículas comienzan a moverse dentro de él formando un flujo denominado corriente de convección.
La corriente de convección hace que las partículas tengan contacto entre sí, propiciando un intercambio de energía y el cambio de densidad continuo (la densidad de las partículas que se calientan, disminuye y de las que se enfrían, aumentan) y esto mantiene las partículas en movimiento.
RADIACIÓN.
Los fotones son las partículas portadoras de la energía electromagnética. Cada fotón posee una cantidad específica de energía, determinada por su frecuencia (a mayor frecuencia, mayor energía). Esta energía se aprecia como luz visible, rayos ultravioleta, rayos X, microondas, ondas de radio o televisión, etc.
Cuando las partículas (átomos o moléculas), absorben energía, cambian a estados de mayor energía. Al volver a un estado de energía más bajo y estable, las partículas liberan la energía absorbida en forma de fotones y estos transfieren a los alrededores la energía que absorbieron inicialmente, este proceso es llamado radiación.
Cuando se transfiere energía a la materia, por medio de radiación y ésta emite menos energía de la que absorbe, aumenta su temperatura y por ello, la radiación es una forma de transferencia de calor. Los fotones emitidos por la fuente radiante impactan sobre la superficie de un material y transfieren la energía que contienen a las partículas de dicha superficie, que al no emitir radiación, acumulan la energía en forma de energía cinética y aumentan su temperatura. Este efecto se observa con la radiación solar cuando calienta la superficie de la Tierra.
La radiación puede viajar a través del espacio vacío al no necesitar de un medio material para transmitirse y es el principal medio de transferencia de energía en el universo.
🔍Conducción, convección y radiación (definiciones y diferencias).
En nuestro entorno, la energía está constantemente transformándose y estas transformaciones cumplen un principio fundamental de la física conocido como la ley de la conservación de la energía, que establece que "la energía no se crea ni se destruye, sino que cambia de una forma a otra".
Estas transformaciones son indispensables para el funcionamiento de los sistemas naturales y tecnológicos, observándose en una amplia gama de procesos. En cada proceso, la energía presente en un sistema se transforma y genera algún cambio físico al transferirse a otro sistema, sea como trabajo o calor.
🔍La energía tiene diferentes manifestaciones como...
La energía mecánica es una forma de energía asociada con el movimiento y la posición de un objeto; se conforma por la energía cinética y la energía potencial.
Recordemos que la energía cinética es la energía directamente vinculada al movimiento, que varía según la velocidad y la masa de aquello que se mueve. La energía potencial es la forma de energía que tiene un cuerpo debido a su posición dentro de un campo (gravitatorio) o a su estado físico (como un resorte) y se relaciona con las fuerza que actúan sobre él; esta energía puede transformarse en energía cinética cuando la posición del cuerpo cambia.
En un resorte comprimido o estirado, la energía potencial es proporcional a la deformación. Cuando cesa la fuerza que causa la deformación, la energía potencial se convierte en energía cinética a medida que el resorte vuelve a su forma original. La cantidad de energía potencial del resorte depende de cuánto se comprimió o estiró y de su elasticidad, que es una propiedad intrínseca del material del que está hecho.
🔍¿Qué es la energía electromecánica?
La energía electromagnética es la que tiene una región del espacio, debido a la presencia de una perturbación en un campo electromagnético. Esta energía se encuentra en la luz y en otras formas de radiación electromagnética.
Espectro electromagético
Radiaciones electromagnéticas
Se caracteriza por su capacidad para propagarse a través del vacío (como la luz del Sol que viaja desde el astro hasta la Tierra y proporciona energía para muchos procesos naturales), por ende, no necesita un medio material.
Representación de una reacción química
La energía química puede considerarse un caso particular de la energía electromagnética ya que está almacenada en los enlaces entre átomos en las moléculas, los cuales son en esencia campos electromagnéticos que mantienen unidos los electrones de los átomos. Cuando los enlaces se rompen durante una reacción química, la energía electromagnética almacenada se transforma en energía térmica o lumínica. Por tanto, la energía química es una forma de energía electromagnética debido a la naturaleza de los campos eléctricos y magnéticos que los forman.
🔍¿Qué es la energía térmica?
La energía térmica puede transferirse en forma de calor, relacionada con el movimiento aleatorio de las partículas que conforman un sistema. Estas partículas incluyen átomos, moléculas e iones, cuya cantidad de movimiento es proporcional a su energía cinética y por tanto, a su temperatura (la temperatura es un parámetro proporcional a la energía térmica del sistema).
La energía térmica se transfiera entre sistemas como calor, mediante procesos como la conducción, la convección y la radiación; es fundamental en fenómenos naturales como la regulación de la temperatura en los seres vivos y en procesos tecnológicos (motores y refrigeradores).
La energía química, contenida en los enlaces entre átomos y moléculas, puede transformarse en energía térmica cuando suceden reacciones químicas como la combustión.
🔍¿Qué es la energía gravitatoria?
La energía potencial gravitatoria es la energía que un cuerpo posee debido a su posición dentro de un campo gravitatorio. En la Tierra, esta energía está directamente relacionada con la masa del cuerpo y la altura a la que se encuentra sobre la superficie terrestre, así como la aceleración de la gravedad. Cuanto más alto esté el cuerpo y mayor sea su masa, mayor será su energía potencial gravitatoria. Esta energía se convierte en energía cinética cuando el cuerpo cae.
La energía potencial gravitatoria entre la Luna y la Tierra es un ejemplo clave de cómo la gravedad actúa a escalas astronómicas. La fuerza gravitatoria con que la Tierra atrae a la Luna, la mantiene en órbita; a su vez, la Luna tiene su propia fuerza gravitatoria que afecta a la Tierra (como se observa en las mareas oceánicas).
🔍¿Qué es la energía nuclear?
La energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos. Es una fuente poderosa de energía utilizada para la generación de electricidad (México tiene una central nuclear en Laguna Verde, Veracruz, que utiliza este proceso para generar energía eléctrica y contribuye con el 5% del suministro de electricidad en el país).
Puede liberarse mediante procesos de fisión nuclear (división de átomos pesados) o fusión nuclear (combinación de átomos ligeros).
En la fisión, los átomos se dividen para formar átomos más pequeños, liberando energía. En la fusión, la energía se libera cuando dos átomos ligeros se combinan para formar uno más pesado.
🔍¿Qué son las energías limpias?
Las energías limpias son aquellas que en su proceso de generación y uso, emiten una cantidad mínima o nula de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, por tanto, están relacionadas con su impacto al medio ambiente. Este tipo de energías incluyen: solar, eólica, hidroeléctrica, geotérmica y nuclear. El uso de este tipo de energías es crucial para reducir emisiones de carbono y fomentar el desarrollo sostenible.
México es pionero en la energía geotérmica y posee un potencial significativo en energía renovable como la solar y la eólica debido a su ubicación geográfica.
La energíaes la capacidad de realizar trabajo o producir cambios físicos. Estas se conserva en los procesos, transformándose de una forma a otra sin desaparecer. por tanto, se trata de una propiedad fundamental de los sistemas físicos, que se manifiesta en distintas formas: cinética, potencial, térmica, eléctrica, química, entre otras.
En un sistema, la energía puede fluir, transferirse y transformarse. por ejemplo, en un sistema mecánico, la energía puede convertirse de potencial a cinética y viceversa.
🔍¿Qué es la energía?
🔍¿Qué es la energía cinética?
🔍¿Qué es la energía potencial gravitacional?
Energía mecánica
Ejemplo:Imagina que juegas voleibol. Al lanzar el balón hacia arriba, transfieres energía cinética (debido al movimiento de tus brazos y manos) al balón. A medida que el balón asciende, esta energía cinética se convierte en energía potencial (debido a la altura que alcanza). En el punto más alto, toda la energía cinética se ha convertido en energía potencial. Cando el balón comienza a caer, esta energía potencial se convierte de nuevo en energía cinética hasta que el balón toca el suelo o es atrapado.
En los sistemas eléctricos, la energía eléctrica puede transformarse en luz, calor o movimiento.
Energía eléctrica.
Ejemplo: Cuando trabajas en una computadora, la energía eléctrica proveniente de la batería de la computadora o de la red de suministro de electricidad se transforma en otras formas de energía; parte de esta energía se convierte en luz (a través de la pantalla del dispositivo) o en calor ( generado por el procesador y otros componentes internos), y en movimiento (en el caso de partes móviles como el ventilador del sistema de enfriamiento).
De igual forma, la energía en un sistema puede también dispararse, como en el caso de la energía térmica perdida en el ambiente.
Energía térmica
Ejemplo: Cuando se calientan tortillas en un comal sobre leña, la energía térmica se transfiere del fuego de la leña al comal y de ahí a la tortilla, aumentando su temperatura. Parte de esa energía térmica se disipa al ambiente, especialmente en forma de calor radiante desde la superficie del comal y el humo o vapor que puede emanar de la tortilla al calentarse. En el proceso, una fracción de la energía térmica se pierde en el ambiente, un fenómeno que es especialmente notable cuando la tortilla empieza a dorarse o a emitir un ligero humo.
LA ENERGÍA PUEDE TRANSFERIRSE ENTRE DOS SISTEMAS POR CONTACTO.
Cuando interaccionan, los objetos intercambian energía de diversos modos, lo que es fundamental para el funcionamiento de todo, desde máquinas simples hasta ecosistemas complejos. La energía puede transferirse de un cuerpo en movimiento a otro, estático o en movimiento también cuando colisionan.
🔍Transformación y transmisión de la energía. Conservación de la energía.
🔍¿Qué es el sistema internacional de unidades?
🔍Concepto de Potencia.
MOVIMIENTO.
🔍¿Qué es el movimiento?
🔍¿Qué es movimiento, trayectoria, distancia y desplazamiento?
🔍Velocidad, rapidez y aceleración.
Distancia.
Es la longitud total del camino recorrido.
Desplazamiento.
Es la longitud entre la posición inicial y final del objeto.
Rapidez.
Nos indica a qué tasa se produce el cambio de posición de un objeto con respecto al tiempo.
Velocidad.
Indica, a qué tasa se produce el cambio de posición de un objeto con respecto al tiempo, incluyendo la dirección del movimiento.
El movimiento macroscópico se sujeta a las leyes de la mecánica clásica, establecidas en las leyes de Isaac Newton:
Primera ley.
Llamada ley de la inercia. Un objeto permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
Segunda ley.
La fuerza neta aplicada a un objeto es igual al cambio de su momentum (cantidad de movimiento) por unidad de tiempo.
F = m * a
Tercera ley.
Por cada acción hay una reacción de igual magnitud, pero en sentido opuesto.
Movimiento en una y dos dimensiones.
Movimiento en una dimensión.
Implica que las partículas se mueven a lo largo de una línea recta y pueden moverse en una sola dirección, en cualquiera de dos sentidos, opuestos entre sí, sobre la misma línea recta. Las variables importantes son la posición, la velocidad (puede ser constante o cambiar -aceleración-), la aceleración y el tiempo; la dirección del movimiento es fija.
🔍
Movimiento en dos dimensiones.
Las partículas se mueven en un plano, pueden moverse en dos direcciones diferentes (como en el movimiento parabólico donde el objeto se mueve simultáneamente de forma horizontal y vertical). En este movimiento se consideran dos componentes que actúan al mismo tiempo e involucran vectores para describir la magnitud y la dirección del movimiento.
🔍
Cantidad de movimiento de un cuerpo.
Cuando un cuerpo se mueve, adquiere una propiedad llamada cantidad de movimiento o momentum y se puede calcular:
🔍Conservación del momento lineal.
"En un sistema cerrado y aislado, la cantidad de movimiento total, permanece constante antes y después de cualquier interacción"
La energía que tiene un cuerpo en movimiento (energía cinética), puede transferirse a un cuerpo estático mediante el contacto directo o colisión; una parte de esa energía se transfiere al aire circundante en el momento del choque, produciendo un sonido, fricción, aumento de temperatura, etc. Estas transferencias de energía pueden ser tan pequeñas que llegan a ser nulas y se les llama choques elásticos. Al final, la energía cinética se habrá repartido entre los cuerpos que colisionan, pero la cantidad de esta energía no cambia, por tanto, se dice que se conserva la energía.
En los choques inelásticos una parte significativa de la energía cinética se transforma en otras formas de energía como en la deformación de los cuerpos y la utilizada para aumentar la temperatura.
Independientemente si un choque es elástico o inelástico, la cantidad total momentum del sistema, se conserva siempre que no actúen fuerzas externas.
