Transferencia de energía mediante trabajo.
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).
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| 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 trabajo modifica 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.
Sus características:
- Tiene una MAGNITUD ESCALAR que se mide en JOULES (J)
- Depende directamente de la fuerza que lo provoca, es decir, para que exista trabajo en un objeto debe haberse aplicado una fuerza sobre él a lo largo de una trayectoria.
- Consiste en una actividad mecánica que consume cierta energía.
El sonido es 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.
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| Un altavoz emite ondas longitudinales (con regiones de compresión y refracción en el aire) que son percibidas por el oído humano como sonido |
Vínculo del TRABAJO MECÁNICO con la TERMODINÁMICA.
- Fricción. Al frotar las manos o al encender un fósforo, se produce calor con el movimiento de las manos para frotarlas o al rozar la cabeza del cerillo contra la lija, se realiza un trabajo donde intervienen una fuerza y una distancia, como resultado el trabajo se disipa en forma de calor.
- Motor de auto. La energía química de la gasolina se convierte en energía térmica debido a la combustión, el calor hace que los gases se expandan y empujen los pistones, para realizar un trabajo mecánico que permite que el auto se mueva.
- Sistemas biológicos. Nuestros cuerpos queman calorías (energía térmica) de los alimentos que consumimos, para realizar trabajo mecánico, al correr o caminar.
La relación entre los Joules y las calorías es importante pues permite comprender por ejemplo, la cantidad de energía que nuestro cuerpo necesita al consumir alimentos: si consumimos 1 caloría, estamos ingiriendo 4.185 J de energía.
- La temperatura ambiente. Si estás en la cocina y quieres un sándwich pero dejas los ingredientes fuera del refrigerador, estos ingredientes que acabas de sacar del refrigerador están más fríos que la temperatura ambiente de la cocina, pero después de un tiempo, el calor se transferirá a ellos y en algún momento alcanzarán el equilibrio térmico con la cocina y estarán en equilibrio térmico entre sí.
- El termómetro. Se basa en el principio de que un cambio de temperatura provoca un cambio en las propiedades físicas de una sustancia, como el volumen de un fluido o la longitud de un sólido. Cuando el termómetro recibe calor, el intercambio de energía eleva la temperatura y dilata el mercurio y se detiene cuando el mercurio alcanza el equilibrio térmico.
¿Cómo percibir la transferencia de energía?
La energía eléctrica puede transformarse en energía luminosa.
- 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).
La energía eléctrica puede transformarse en energía cinética.
Un 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.
