1.
Energía y sus
transformaciones.
Materia: FÍSICA
Profesor: Juan Carlos PICCA
C.E.M.M.A N°216 – Villa Allende
Silvana RIOS
Edith LUNA

2. Energía y sus transformaciones.
INDICE:
QUE ES LA ENERGÍA: ......................................................................................................................... 3
FORMAS DE ENERGÍA ....................................................................................................................... 3
FUENTES DE ENERGÍA: ...................................................................................................................... 4
FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES. ........................................................................................... 4
.
FUENTES DE ENERGÍA ALTERNATIVAS. ......................................................................................... 5
FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES. ..................................................................................... 6
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ................................................................................................. 7
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA EN LA NATURALEZA ............................................................ 7
EQUILIBRIO TÉRMICO ....................................................................................................................... 8
TEMPERATURA ............................................................................................................................. 8
DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA. .............................................................................. 8
INTERPRETACIÓN MICROSCÓPICA DEL CALOR. ............................................................................ 8
ENERGÍA INTERNA ........................................................................................................................ 8
CALOR ............................................................................................................................................... 9
TRANSFERENCIA DE CALOR .......................................................................................................... 9
CONDUCCIÓN ............................................................................................................................... 9
CONVECCIÓN TÉRMICA .............................................................................................................. 10
RADIACIÓN .................................................................................................................................. 10
CALOR ESPECÍFICO ...................................................................................................................... 10
CALORÍA ...................................................................................................................................... 10
KILOCALORÍA ............................................................................................................................... 11
CALORIMETRÍA. .......................................................................................................................... 11
.
CALOR Y TRABAJO ....................................................................................................................... 11
CALOR SENSIBLE DE UN CUERPO ................................................................................................ 12
CALOR LATENTE DE UN CUERPO ................................................................................................ 12
BIBLIOGRAFIA: ................................................................................................................................ 13
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3. Energía y sus transformaciones.
QUE ES LA ENERGÍA:
En todos los actos cotidianos se emplea algo de fuerza. Al levantarnos, peinarnos, caminar,
correr, jugar, trabajar, etc. Siempre se necesita de fuerza para poder desenvolvernos con facilidad,
según las exigencias del medio ambiente que nos rodee. La capacidad que posee una persona, o un
objeto, para ejercer fuerza y realizar cualquier trabajo, se denomina Energía.
Por eso decimos que alguien tiene mucha energía cuando realiza grandes actividades durante el
día como: trabajar, estudiar o practicar deportes.
Definida como la capacidad de realizar trabajo en potencia o en acto y relacionada con el calor
(transferencia de energía), se percibe fundamentalmente en forma de energía cinética, asociada al
movimiento, y potencial, que depende sólo de la posición o el estado del sistema involucrado.
FORMAS DE ENERGÍA
Existen diferentes formas de energía. Y por su naturaleza tenemos energía potencial y cinética.
Potencial: es la energía contenida en un cuerpo, y
depende de su posición o altura respecto a un sistema
de referencia. Por ejemplo: una piedra sobre una
montaña (a mayor altura, mayor energía potencial).
Cinética es la que posee un cuerpo debido a su
movimiento o velocidad; por ejemplo: la energía del
agua al caer de una cascada, la energía del aire en
movimiento, etc.
La energía se manifiesta en varias formas, dando lugar a otras clasificaciones de la energía que en
su esencia son energía cinética o potencial o combinaciones de estas dos. Tales son:
Energía Calórica o térmica: Producida por el aumento de la temperatura de los objetos. Como
sabemos, los cuerpos están formados por moléculas y éstas están en constante movimiento. Cuando
aceleramos este movimiento se origina mayor temperatura y al haber mayor temperatura hay
energía calorífica. Esto es lo que sucede cuando calentamos agua hasta hervir y se produce gran
cantidad de vapor.
Una fuente natural de calor es el Sol, y numerosas investigaciones descubrieron cómo se podría
aprovechar la luz del sol para producir calor durante la noche e inclusive electricidad.
Energía Química: Es la producida por reacciones químicas que desprenden calor o que por su
violencia pueden desarrollar algún trabajo o movimiento. Los alimentos son un ejemplo de energía
química ya que al ser procesados por el organismo nos ofrecen calor (calorías) o son fuentes de
energía natural (proteínas y vitaminas). Los combustibles al ser quemados producen reacciones
químicas violentas que producen trabajo o movimiento.
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4. Energía y sus transformaciones.
Energía Eléctrica: Esta es la energía más conocida y utilizada por todos. Se produce por la
atracción y repulsión de los campos magnéticos de los átomos de los cuerpos. La utilizamos
diariamente en nuestros hogares. Observamos cómo se transforma en energía calórica en el horno o
la plancha; en energía luminosa en la lamparita y energía mecánica en los motores.
Aún existen muchas otras formas de energía que tienen gran aplicación práctica en la industria
como: La nuclear, la energía radiante, etc.
FUENTES DE ENERGÍA:
Se denominan fuentes de energía o recursos energéticos todos aquellos componentes de la
Naturaleza a partir de los cuales es posible obtener energía utilizable por el hombre.
Las fuentes de energía se clasifican en renovables o no renovables.
Son energías renovables aquellas que existen en cantidades ilimitadas y, por tanto, no se agotan
por mucho que se utilicen.
También se consideran renovables las nuevas formas de energías alternativas (se encuentran en
fase de estudio), su producción mundial es todavía escasa. Es el caso de la energía solar, eólica,
mareomotriz, geotérmica y biomasa.
Son energías no renovables aquellas que se encuentran en cantidades limitadas y van
disminuyendo sus reservas continuamente: carbón, petróleo, gas natural, etc.
FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES.
El Agua:
Los molinos de viento y las ruedas hidráulicas
(movidas por la fuerza del agua), dos de las fuentes más
antiguas que se conocen. Incluso en la actualidad se
continúan utilizando para generar energía en muchas
partes del mundo. Funcionan siguiendo un sencillo
principio: convertir la energía del agua que cae, en un
movimiento circular o de rotación; al hacerla chocar
contra los álabes o paletas de una rueda dispuesta
verticalmente u horizontalmente, y que mueve una serie
de engranajes y otros mecanismos con el objeto de poner en marcha máquinas sencillas como
molinos de harina, sierras, fuelles, piedras de molinos, etc.
La Madera:
El primer combustible que conoció el hombre en el mundo; y aún hoy día la madera quemada en
todo el mundo produce más energía que la nuclear o la hidroeléctrica.
En la actualidad la madera continúa siendo una importante reserva de combustible, sobre todo
en los países pobres que carecen de otros recursos naturales.
Existen razones para pensar en la madera como la fuente de energía ideal. Es barata, fácil de
conseguir. A diferencia del carbón o del petróleo la madera se puede conseguir casi en cualquier sitio
donde se viva, es sencillo ya que no necesita ninguna tecnología especial, arde con facilidad y no
hacen falta motores ni máquinas especiales para liberar su energía y lo más importante lo representa
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5. Energía y sus transformaciones.
el ser una fuente de energía que no tiene por que agotarse nunca, si tenemos la precaución de
plantar nuevos árboles. Mientras el petróleo o el carbón tienen su limitación al no poder reponerse
una vez se acaben y llegará el momento en que se agoten para siempre.
El Carbón Vegetal:
El súper combustible del mundo. El carbón vegetal se obtiene quemando madera en condiciones
controladas que limitan la cantidad de aire con la que se quema lo que hace desaparecer la humedad
y otras impurezas de la madera. El carbón vegetal, duro y quebradizo es más ligero que la madera,
por tanto más fácil de transportar. Al quemarse ofrece temperaturas mucho más altas que la madera
lo que aumenta su utilidad.
FUENTES DE ENERGÍA ALTERNATIVAS.
Las caracteristicas más importantes de las energias alternativas son: renovables, económicas y no
contaminantes.
Solar: Llega a la Tierra en forma de radiación, procedente del Sol. Se usa para calefacción de
edificios y producción de energía eléctrica.
Eólica: Es energía producida por el viento. Es importante en aquellas
zonas sometidas a fuertes vientos constantes.
Mareomotriz: Aprovecha la energía procedente de las olas y de las
mareas. Tiene el inconveniente que para aprovecharla necesita complicadas y
costosas instalaciones.
Geotérmica: Aprovecha la energía que procede de las profundidades
terrestres (géiseres, aguas termales, fumarolas....)
Biomasa: Es la que se obtiene de los restos
orgánicos, que por acción de microorganismos se van
transformando (química o biológicamente). Además
de su aprovechamiento energético, permite la
eliminación de residuos.
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6. Energía y sus transformaciones.
FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES.
El Carbón Mineral:
Es la clase de carbón más abundante y se encuentra en muchos países del mundo entero; es de
difícil y costosa extracción por la profundidad de sus yacimientos. Tiene unos 300 millones de años
de antigüedad.
El carbón lleva muchos siglos usándose; los antiguos habitantes de Gales, los griegos y los
romanos, china en el siglo XII ya lo usaban. Pero no se convirtió en una importante fuente de energía
sino hasta hace doscientos (200) años, cuando tuvo su momento decisivo con la revolución industrial
al inventarse las máquinas que recibían su energía del carbón.
El Petróleo:
El petróleo es utilizado como lubricante, combustible, materia prima para la elaboración de:
plásticos, pinturas, cosméticos, explosivos y hasta alimentos. Por lo que pasa a ser la fuente de
energía más importante del mundo. Correspondiendo a un tercio del total de la energía utilizada en
el mundo.
El petróleo extraído directamente debajo de la tierra, se denomina "Crudo”. Y puede tener casi
cualquier color y viscosidad, según de donde provenga. Hay crudo amarillo, rojo, pardo, verde y
negro
EL Gas Natural:
El gas se comenzó a considerar como combustible hace apenas 50 años, antes representaba un
peligro que debía evitarse. Era más fácil el producir gas a partir del carbón que extraerlo de la tierra
lo que incrementó su desinterés. Pero hoy día las nuevas tecnologías han conseguido que eso no sea
así; por lo que el 18% de la energía que se consume en el mundo proviene del gas.
La Energía Nuclear:
A diferencia de los combustibles fósiles, la energía atómica no depende de la combustión ni de
las reacciones químicas. Es energía liberada por los átomos, la misma que hace que el sol brille, la
más poderosa que se conoce.
Existen elementos que expulsan energía de forma natural y hay manera de acelerar este proceso,
a través de la Fisión y la Fusión. Estos métodos dependen del choque controlado de átomos.
La energía nuclear resultó muy atractiva porque con ella se podría producir cualquier cantidad de
energía sin límites; utilizando un combustible que nunca se agotaría. Sin embargo resultó ser muy
complicada, cara, contaminante y peligrosa. Y hoy día suple alrededor del 5% de las necesidades
mundiales de energía.
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7. Energía y sus transformaciones.
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA
Para la optimización de recursos y la adaptación a nuestros usos, necesitamos transformar unas
formas de energía en otras. Todas ellas se pueden transformar en otra cumpliendo los siguientes
principios termodinámicos:
“La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma”. De este modo, la cantidad de energía
inicial es igual a la final.
“La energía se degrada continuamente hacia una forma de energía de menor calidad (energía
térmica)”. Dicho de otro modo, ninguna transformación se realiza con un 100% de rendimiento, ya
que siempre se producen unas pérdidas de energía térmica no recuperable (se va a la atmósfera). El
rendimiento de un sistema energético es la relación entre la energía obtenida y la que suministramos
al sistema.
Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos
adecuados. En el proceso de transformación puede disiparse o ganarse una forma de energía, pero la
suma total permanece constante.
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA EN LA NATURALEZA
Continuamente se producen transformaciones de energía en la Naturaleza: la energía que
recibimos del Sol transforma en agua la nieve de las montañas, eleva la temperatura de los
ambientes, hace crecer las plantas que alimentan a diferentes animales, etc. Es decir, muchas de
estas transformaciones tienen lugar sin que intervenga el hombre.
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8. Energía y sus transformaciones.
EQUILIBRIO TÉRMICO
Para poder dar una definición del concepto de equilibrio térmico es necesario definir algunos
conceptos.
Cuando dos cuerpos (sistemas) están en contacto directo o separados mediante una superficie
que permite la transferencia de calor, se dice que están en contacto térmico.
Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico, dispuestos de tal forma que no
puedan mezclarse o reaccionar químicamente. Consideremos además que estos sistemas están
colocados en el interior de un recinto donde no es posible que intercambien calor con el exterior ni
existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre ellos. La experiencia indica que al
cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan un estado de equilibrio termodinámico que se
denominará estado de equilibrio térmico.
Dicho de manera más sencilla: Si entre dichos cuerpos no existe flujo de calor entonces se dice
que ambos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico.
El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura. Cuando dos
cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura.
TEMPERATURA
Propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico. El concepto de
temperatura se asocia a la medida de la agitación de las moléculas de un cuerpo, ya que al
suministrar calor a un cuerpo, sus moléculas se agitan y aumenta su temperatura. En el caso de dos
cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al más frío hasta que sus
temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico.
DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA.
Los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos
diferentes:
La temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos
a diferentes temperaturas.
INTERPRETACIÓN MICROSCÓPICA DEL CALOR.
La interpretación microscópica del calor nos ayuda a entender por que dos cuerpos en contacto
tienden a alcanzar el equilibrio térmico, es decir, la misma temperatura.
La transmisión del calor es el resultado macroscópico de la transmisión del movimiento
microscópico (choque aleatorio de las moléculas) no organizado de las partículas de un sistema a las
partículas de otro sistema de menor temperatura.
ENERGÍA INTERNA
Todo cuerpo posee una energía acumulada en su interior equivalente a la energía cinética
interna (de sus energías de traslación, rotación y vibración), más la energía potencial interna (debida
a las fuerzas intermoleculares).
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9. Energía y sus transformaciones.
CALOR
El calor es una manifestación de la energía provocada por el movimiento molecular, (el calor es
energía en tránsito); siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor
temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el
volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura
baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.
TRANSFERENCIA DE CALOR
Transferencia de calor o intercambio de calor, es el paso de energía térmica desde un cuerpo de
mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido
o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, ocurre transferencia
de calor siempre desde el cuerpo más caliente al más frío. Cuando existe una diferencia de
temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser
detenida; solo puede hacerse más lenta.
Los mecanismos de transferencia de energía térmica son de tres tipos:
Conducción
Convección térmica
Radiación térmica
La transferencia de energía o calor entre dos cuerpos diferentes por conducción o convección
requiere el contacto directo de las moléculas de diferentes cuerpos, y se diferencian en que en la
primera no hay movimiento macroscópico de materia mientras que en la segunda sí lo hay.
CONDUCCIÓN
La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas
basado en el contacto directo de sus partículas sin desplazamiento de éstas y que tiende a igualar la
temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos
en contacto. Es típica en los sólidos.
Por ejemplo, si sujetamos una barra de hierro por un
extremo y el otro lo exponemos al calor de una plancha, al
momento notaremos que nos llega el calor a nuestra mano.
Forma de transmitir el calor en cuerpos sólidos; se calienta un cuerpo, las moléculas que reciben
directamente el calor aumentan su vibración y chocan con las que las rodean; estas a su vez hacen lo
mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por esta razón, si el
extremo de una varilla metálica se calienta con una llama, transcurre cierto tiempo hasta que el calor
llega al otro extremo.
El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos. Existen los denominados
"buenos conductores del calor", que son aquellos materiales que permiten el paso del calor a través
de ellos. Los "malos conductores o aislantes" son los que oponen mucha resistencia al paso de calor.
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10. Energía y sus transformaciones.
CONVECCIÓN TÉRMICA
La convección se caracteriza porque la transferencia de calor se produce por
intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con
diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de
materiales fluidos. Éstos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, su
densidad disminuye y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la
parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí,
es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del
fluido.
Es típica de líquidos y gases.
Por ejemplo, si ponemos la mano cercana a una estufa encendida notaremos
su calor, debido a que el aire que rodea la estufa pierde densidad y asciende
siendo reemplazado por aire frío que desciende
RADIACIÓN
Es la transferencia de calor mediante ondas
electromagnéticas sin intervención de partículas que lo
transporte.
Por ejemplo el calor que nos llega del Sol En este caso
hay pocas moléculas de gas en el espacio, por consiguiente
la energía solar no puede llegar hasta la superficie terrestre
por convección o por conducción. Entonces, la energía es
transportada únicamente por radiaciones
electromagnéticas, a la velocidad de la luz. Cuando las radiaciones llegan a un cuerpo, agitan las
moléculas que lo constituyen (aumenta la energía cinética), y el material se calienta.
CALOR ESPECÍFICO
El calor específico es una magnitud física (particular de cada sustancia) que se define como la
cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema
termodinámico para elevar su temperatura en un grado (kelvin o Celsius).
En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y
kelvin; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado. El calor específico
del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un
gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.
CALORÍA
Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado
centígrado la temperatura de un gramo de agua pura, desde 14,5 °C a 15,5 °C, a una presión estándar
de una atmósfera. La kilocaloría (símbolo Kcal) es igual a 1.000 cal. Una caloría es equivalente a
4.186,8 J.
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KILOCALORÍA
La caloría‐kilogramo, que es la energía calorífica necesaria para elevar en un grado centígrado la
temperatura de un kilogramo de agua. Esta caloría se empleaba antiguamente en Biología, Medicina
y Nutrición, y se le asignaba el símbolo "Cal" (con C mayúscula) para diferenciarla de la caloría
propiamente dicha, de símbolo "cal".
1 Cal = 1 Kcal = 1.000 cal
CALORIMETRÍA.
En un sentido amplio, la calorimetría se desarrolló históricamente como una técnica destinada a
fabricar aparatos y procedimientos que permitieran medir la cantidad de calor desprendida o
absorbida en una reacción mecánica, eléctrica, química o de otra índole.
A través de esta medida pueden determinarse propiedades térmicas de la materia, como calores
específicos de sustancias solidas y liquidas, calor de fusión del hielo, calor de vaporización del agua,
etc.
El procedimiento más habitual para medir calores específicos consiste en sumergir una cantidad
del cuerpo sometido a medición en un baño de agua de temperatura conocida. Suponiendo que el
sistema está aislado, cuando se alcance el equilibrio térmico se cumplirá que el calor cedido por el
cuerpo será igual al absorbido por el agua, o a la inversa.
Método de medida de calores específicos.
Al sumergir un cuerpo en agua de temperatura conocida, cuando se alcanza el equilibrio térmico,
el calor cedido por el cuerpo es igual al absorbido por el agua.
CALOR Y TRABAJO
El calor y el trabajo son formas de energía que no poseen los cuerpos, sino que representan
cantidades de energía transferidas entre los mismos, a través de diferentes procedimientos, son
energía en tránsito. Si el tránsito se debe a una diferencia de temperaturas se llama Calor; si el
tránsito se debe al desplazamiento por acción de una fuerza se llama Trabajo.
El primero que realizó una experiencia demostrativa de que el calor era una forma de energía fue
J.P. Joule. Dispuso una cubeta de agua con unas palas rotatorias unidas a un peso a través de una
polea. El peso descendía a consecuencia de la gravedad, provocando el giro de las paletas y con ello
un aumento de la temperatura del agua. En consecuencia, la producción de un trabajo podía
producir calor, por lo que se demostraba la equivalencia entre calor y trabajo como dos
manifestaciones distintas de energía.
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La unidad del equivalente mecánico del calor en el sistema internacional (S.I.) es el Joule.
Antiguamente se usaba la kilocaloría.
La kilocaloría equivale a 4,1868 kilojulios.
1 Kcal = 4,184 kJ = 4.184 J
CALOR SENSIBLE DE UN CUERPO
Es la cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo al sufrir una variación de temperatura
(Δt) sin que haya cambio de estado físico (sólido, líquido o gaseoso).
Su expresión matemática es la ecuación fundamental de la calorimetría.
Qs = m.c.Δt
Donde:
Qs la cantidad de calor entregada o recibida por un cuerpo (Kcal)
m a masa del cuerpo (Kg)
c calor específico del cuerpo
Δt variación de temperatura (Δt = tf ‐ to)
CALOR LATENTE DE UN CUERPO
Es la cantidad de calor necesaria para que toda la masa cambie de estado físico (sólido, líquido o
gaseoso) sin que se produzca variación de temperatura (Δt), es decir permanece constante.
QL = Q /m
Donde:
Q es la cantidad de calor necesaria para el cambio de estado
m es la masa que cambia de estado.
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BIBLIOGRAFIA:
Física. Movimiento, interacciones y transformaciones de la energía.
Editorial Santillana
http://es.wikipedia.org/
http://www.hiru.com/fisika/fisika_01800.html
http://www.alfinal.com/monografias/energia.php
http://renovables.com/
http://www.iae.org.ar/archivos/educ1105.pdf
http://ve.kalipedia.com
http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/ALTERNATIVAS/biomasa/energi
abiomasa.htm
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