Progresión 4. Transferencia de energía mediante trabajo.

 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). 

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.

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 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.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.