Artículo sobre la Ley de Conservación de la Energía
Formas de energía
En nuestra vida cotidiana, existen muchas formas de energía. En el tema del trabajo y la energía, se nos han presentado dos formas de energía mecánica: la energía potencial y la energía cinética . La energía potencial se compone de varios tipos, incluyendo la energía gravitacional, la energía elástica y la energía eléctrica . La energía cinética se compone de dos tipos: la energía cinética de traslación y la energía cinética de rotación.
Un mango maduro y delicioso posee energía potencial gravitatoria al colgar de su tallo. Lo mismo ocurre cuando uno se encuentra a cierta altura sobre el suelo, por ejemplo, en una azotea. Un objeto posee energía potencial gravitatoria debido a su posición con respecto a la Tierra.
La goma elástica estirada de una honda posee energía potencial elástica. Gracias a esta energía, la honda puede lanzar una piedra. De manera similar, un arco tensado por un arquero puede impulsar una flecha gracias a la energía potencial elástica que contiene.
Además de la energía potencial y cinética que poseen las partículas de gran tamaño y que observamos con frecuencia en la vida cotidiana, existen otras formas de energía. Entre ellas se encuentran la energía eléctrica, la energía nuclear, la energía química, etc. Tras el surgimiento de la teoría cinética, se afirmó que la energía en otras formas (energía eléctrica, energía química, etc.) es energía cinética o energía potencial a nivel atómico o molecular. La energía química almacenada en los alimentos y combustibles se considera energía potencial almacenada en las moléculas, debido a las fuerzas eléctricas entre los átomos que las componen (también conocidas como enlaces químicos). La energía eléctrica, la energía magnética y la energía nuclear también pueden considerarse energía cinética o energía potencial a escala atómica.
Cambios en la forma de energía
Es importante destacar que la energía puede transformarse de una forma a otra. A nivel macroscópico, encontramos innumerables ejemplos de transformaciones energéticas. Un mango que cuelga de su tallo posee energía potencial gravitatoria. A medida que el mango cae al suelo, su energía potencial disminuye a lo largo de su trayectoria. Al comenzar la caída, la energía potencial disminuye debido a la reducción de la distancia vertical entre el mango y el suelo. Esta energía se transforma en energía cinética de traslación, ya que la velocidad del mango aumenta debido a la aceleración gravitatoria constante. La energía potencial elástica almacenada en una honda tensada puede transformarse en energía cinética de traslación de una piedra al soltar la fuerza de la honda; un arco curvo también posee energía potencial elástica.
La energía potencial elástica de un arco curvo se transforma en la energía cinética de traslación de la flecha. A nivel microscópico, también encontramos ejemplos de transformaciones energéticas. Al encender una luz de neón, la energía eléctrica se transforma simultáneamente en energía lumínica. Otro ejemplo es la transformación de la energía eléctrica en energía cinética rotacional (un ventilador), etc. Este proceso de transformación de la energía eléctrica se debe, en realidad, al cambio entre energía potencial y energía cinética a nivel atómico o molecular.
Los cambios en la forma de la energía generalmente implican la transferencia de energía de un objeto a otro.
Las transformaciones de energía suelen implicar la transferencia de energía de un objeto a otro. Un arco curvo posee energía potencial elástica. Al tensar el arco, esta energía se transforma en energía cinética de traslación de la flecha. Simultáneamente, se transfiere energía del arco a la flecha. Al empujar una motocicleta averiada, la energía potencial química de tu cuerpo se transforma en energía cinética de traslación de la motocicleta. Simultáneamente, se transfiere energía de ti a la motocicleta. El agua en la parte superior de una presa posee energía potencial gravitatoria. Al caer el agua , esta energía potencial gravitatoria se transforma en energía cinética de traslación. El agua que cae impulsa entonces una turbina. Al impulsar la turbina, la energía cinética de traslación se transforma en energía cinética de rotación. Simultáneamente, se transfiere energía del agua a la turbina.
Siempre se realiza trabajo cuando se transfiere energía.
En cada uno de los ejemplos analizados anteriormente , la transferencia de energía siempre va acompañada de esfuerzo. Cuando la energía se transfiere del arco a la flecha, el arco realiza trabajo sobre la flecha. Cuando la energía se transfiere de ti a la motocicleta, tú realizas trabajo sobre la motocicleta. Cuando la energía se transfiere del agua a la turbina, el agua realiza trabajo sobre la turbina. Si no se realizara trabajo, sería imposible que la flecha se moviera al soltar el arco, ni que una motocicleta averiada se moviera al empujarla. Lo mismo ocurre con la turbina. Pero en realidad, la flecha, la motocicleta averiada y la turbina se mueven . Se puede concluir que siempre se realiza esfuerzo (W) cuando la energía se transfiere de un objeto a otro.
Aunque saben que la energía siempre se transforma de un objeto a otro, los científicos no han podido concluir que se conserve. La existencia del calor les resulta confusa. El calor siempre aparece debido a la fricción. Por ejemplo, si empujas un bloque que está en el suelo, la energía potencial química de tu cuerpo se transforma en la energía cinética de traslación del bloque. Al mismo tiempo, se transfiere energía de ti al bloque. Cuando se transfiere energía de ti al bloque, realizas trabajo sobre él (W = Fs). Por supuesto, el bloque se mueve.
Tras moverse, el bloque suele detenerse. La fricción genera calor. Si frotas las palmas de las manos, notarás que están calientes . Lo mismo ocurre con el bloque. La fricción calienta tanto la superficie del suelo como la base del bloque . La fricción también se denomina fuerza disipativa porque reduce o elimina la energía mecánica total (energía mecánica = energía potencial + energía cinética). En este caso, la fuerza de fricción elimina la energía cinética de traslación del bloque, la cual proviene de la energía potencial química.
Caloría
SAntes del siglo XIX, ningún científico sabía apa itu calor atau calor. Surgió una teoría que afirma que el calor es un tipo específico de sustancia (esta sustancia se llama calórica). Pero la presencia de sustancias nombrada No se puede demostrar el contenido calórico. su existencia. Desde akhir tahun 1830, James Joule (1818‐1889) realizó un experimento y descubrió que la energía cinética perdida siempre es la misma que sir resultante de.
Ni calor ni energía cinéticak son eternas por separado. Lo que siempre es eterno es la cantidad total de energía cinética y calor. Basándose en los resultados de sus experimentos, Joule hizo una comparación con la transferencia de calor. dari objetos de alta temperatura (objetos calientes) ke objetos de baja temperatura (objetos fríos). Joule concluyó que sir esn energía queg movimiento debido a diferencias de temperatura. Esta es la definición de calor desde un punto de vista macroscópico. Desde un punto de vista microscópico, El calor se puede explicar utilizando la teoría cinética.
En el tema de la teoría cinética de los gases, aprendimos que la temperatura de un objeto es una medida de la energía cinética de las moléculas que lo componen. Cuanto mayor sea la temperatura de un objeto, mayor será la energía cinética de sus moléculas. La energía cinética está relacionada con la velocidad de movimiento. Cuanto mayor sea la energía cinética (mayor EK) de las moléculas, mayor será su velocidad de movimiento (mayor v). Si ponemos en contacto un objeto caliente con uno frío, el calor fluye automáticamente del primero al segundo . Al aumentar la temperatura de un objeto, también aumenta la energía cinética de sus moléculas (la velocidad de movimiento molecular aumenta). Por lo tanto, se puede concluir que el calor es la energía cinética de las moléculas que se mueven rápidamente.
Tras saber que el calor es energía que se mueve debido a las diferencias de temperatura (definición macroscópica) o que el calor es la energía cinética de las moléculas que se mueven rápidamente (definición microscópica), los científicos finalmente formularon la ley de conservación de la energía:
La energía puede transformarse de una forma a otra, pasar de un objeto a otro, pero la energía total nunca disminuye ni aumenta.
Los cambios en la forma de energía implican la transferencia de energía de un objeto a otro. Toda transferencia de energía siempre va acompañada de esfuerzo o trabajo. Según los resultados de experimentos y análisis científicos, se sabe que el calor es energía que se transfiere debido a diferencias de temperatura (comprensión macroscópica) o bien, es la energía cinética de las moléculas que se mueven rápidamente (comprensión microscópica). Podemos decir que el trabajo (W) y el calor (Q) intervienen en la transferencia de energía. La primera ley de la termodinámica explica la transferencia de energía que involucra calor y trabajo. El calor y el trabajo no son una forma de energía en sí mismos , sino que intervienen únicamente en la transferencia de energía entre objetos, entre objetos y seres vivos, o entre seres vivos.
En la primera ley de la termodinámica, también nos familiarizamos con una nueva magnitud: la energía interna (U). La energía interna es la energía cinética total de las moléculas y la energía potencial que surge de las interacciones entre los átomos que componen una molécula o las interacciones entre las moléculas que componen un objeto o ser vivo. Todo objeto está compuesto de átomos o moléculas. Por lo tanto, todo objeto en el universo debe tener energía interna. Todo proceso de transferencia de energía que involucre calor y trabajo resultará en un cambio en la energía interna.
