La energía, la materia y los cambios

I. La energía, la materia y los cambios

J. Eduardo Morales Méndez Química III

Instituto Universitario León Felipe A.C.

Contenido Temático

OBJETIVOS A LOGRAR

Conocer en forma teórica y experimental

algunos aspectos que rigen el comportamiento

de la energía, mediante la observación en

actividades científicas sencillas de algunas de

las propiedades, cambios y leyes que se

manifiestan en la naturaleza.

Analizar las ventajas y desventajas de obtener

energía a partir de diferentes fuentes.

¿Reconoces los tipos de energía que se presentan? 1.1.1 Noción de energía

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas para realizar un trabajo

¿Entonces puede haber manifestaciones de energía, en los gases, líquidos y sólidos? ¿Cómo se logra y como podemos saber y/o identificar si se llevo a cabo la energía?

¿Qué es la energía?

En el sistema internacional de unidades (SI), la unidad de energía es el Joule, y este se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton, que provoca un desplazamiento de un metro en el sentido de la fuerza 1 J = 1N m

( trabajo = fuerza por la distancia: si le ponemos unidades a la formula tendremos T = Kg m/ s2 x m = Kg m2 / s2)

(Fuerza = masa x aceleración: si le ponemos unidades a la formula tendremos F = Kg x m/s2 )

¿Cómo mido la energía?

Cuando se levanta un cuerpo, éste adquiere la capacidad de realizar un trabajo al caer. Al oprimir un resorte, éste adquiere la capacidad de empujar y desplazar cuerpos. Al cargar una batería, ésta adquiere la capacidad de mover un motor que a su vez puede desplazar un automóvil.

En todos estos casos, el cuerpo, el resorte y la batería han adquirido algo que les permite posteriormente realizar un trabajo. Este algo que permite a los cuerpos realizar un trabajo, recibe el nombre de energía.

James Prescott Joule, fue quien demostró experimentalmente la relación de calor y trabajo

James Prescott Joule (1818-1889) Descubrió la relación entre el calor y la energía al publicar que una cantidad de trabajo siempre produce una cantidad particular de calor, como si no fueran más que dos formas de una misma realidad. Entonces, el calor es una forma de energía.

Aparato desarrollado por Joule

CARACTERÍSTICAS Y MANIFESTACIONES DE LA ENERGÍA

Desde la óptica de la Física clásica, la energía se puede estudiar en sus

principales manifestaciones

ENERGÍA POTENCIAL ENERGÍA CINÉTICA

Es la energía almacenada que posee un cuerpo en virtud de su posición o condición.

Es la energía que posee un cuerpo debido a su

movimiento

CARACTERÍSTICAS Y MANIFESTACIONES DE LA ENERGÍA

Con el desarrollo del pensamiento ecológico y la sustentabilidad, La energía se clasifica como recurso natural en:

Energía no renovable

Energía renovable

- Petroleo - Carbón

- Gas natural - Energía nuclear

de fisión, que utiliza uranio o

plutonio

- Solar - Eólica

- Geotérmica - Hidráulica - Maremotriz

- Biomasa - Energía nuclear

de fusión

¿Las energías antes mencionadas, las puedes agrupar en cinéticas y potenciales, de acuerdo a la concepción de Física?

La energía mecánica está formada por la energía cinética y potencial.

Ejemplo de aplicación:

¿Cuál es la energía cinética de un automóvil de 1400 Kg que se mueve a una rapidez de 50 m/s ( 180 Km/h)?

DATOS FORMULA

m= 1400 Kg Ec = ½ m v2

v = 50 m/s

Ec = ? SUSTITUYENDO VALORES:

Ec = ½ ( 1,400 Kg) ( 50 m/s)2

Ec = ½ ( 3,500,000 Kg m2 / s2)

Ec = 1,750,000 Kg m2 / s2

RESULTADO:

Ec = 1,750,000 J

Ejercicios de reforzamiento

¿Cuál es la energía cinética de un cuerpo de 0.009 Kg si su velocidad es de 420 m/s?

a)793.8 J b) 900.5 J c) 650.3 J d) 4 000 J

Determina la velocidad de un cuerpo cuya masa es de 4 Kg y su energía cinética es de 340 J.

a)15 m/s b)20.5 m/s c)13.03 m/s

d) 3.03 m/s

La gravedad (g) se expresa como 9.8 m / s2

Ejemplo de aplicación:

Principio de conservación de la energía - La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. Conservación de la energía mecánica - Si sobre un cuerpo en movimiento sólo actúan fuerzas conservativas, la suma de su energía cinética y su energía potencial permanece constante y se llama Conservación de la energía mecánica

Ejemplo de la conservación de la energía mecánica

Ejemplo de aplicación

¿Cuál es la energía mecánica de un cuerpo de 2 Kg que se deja caer desde una cierta altura y alcanza una velocidad de 20 m/s, cuando se encuentra a 5 m de altura? (considere g= 10 m/s)

Se realiza trabajo siempre que la fuerza produzca movimiento. Cuan mayor sea la fuerza aplicada y más grande la distancia recorrida, mayor será el trabajo efectuado

Ejemplo de aplicación

En este caso, el trabajo realizado por un agente que ejerce la fuerza constante es el producto de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento y la magnitud del desplazamiento. Es conveniente señalar que el trabajo es positivo si el ángulo θ entre la fuerza y el desplazamiento es menor de 90° y es negativo si el ángulo es mayor de 90°, pero no mayor de 180°

Al aumentar la energía cinética promedio de las moléculas o átomos de un cuerpo su temperatura aumenta

La transferencia de energía de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperaturas se denomina calor. El calor de un cuerpo es la suma de la energía cinética de todas sus moléculas

El calor específico de una sustancia es igual a la cantidad de calor que requiere una unidad de masa de la sustancia para que su temperatura se eleve en un grado. Q = m c Δ T, esta expresión se interpreta como el calor que se debe suministrar o eliminar para cambiar la temperatura de una sustancia de masa m una cantidad Δ T. Existen tablas de calores específicos de algunas sustancias.

Ejemplo de aplicación