Tema 5: Trabajo y energía mecánica; Tema 6: Calor y energía térmica

En primer lugar, decir que estos dos temas están unidos debido a que guardan bastante relación, y así poderlos entender mejor. A continuación, conceptos y fórmulas importantes:
Tema 5
- Se denomina energía a la capacidad que tienen los cuerpos de producir transformaciones, como por ejemplo, realizar un trabajo.
- Se realiza trabajo físico cuando al aplicar una fuerza se produce un desplazamiento en la dirección de esta.

Potencia

Fórmula -> W = F x AX
La unidad de trabajo es el julio: 1julio = 1 newton x 1 m.
- La potencia expresa la rapidez con que se realiza un trabajo.
Fórmula -> P = W/t


La unidad de potencia es el vatio: 1W = 1 julio/1segundo

Energía potencial y cinética

- Un cuerpo posee energía mecánica cuando tiene capacidad para realizar un trabajo. Se estudia bajo dos aspectos: energía cinética y energía potencial.
La energía cinética es la capacidad que posee un cuerpo para efectuar trabajo por medio del movimiento.
Fórmula -> Ecin = 1/2 m x v(al cuadrado)
La energía potencial gravitatoria es la energía que posee un cuerpo según la posición que ocupa.
Fórmula -> Epot = m x g x h

Muelle

La energía potencial elástica es la que posee un cuerpo elástico (un muelle, una goma, etc.) debido a su estado de tensión.
Para las deformaciones que cumplen la ley de Hooke, la energía potencial elástica almacenada en el cuerpo deformado es proporcional al cuadrado de la deformación.
Fórmula -> Epotelas = 1/2 k x x(al cuadrado)






Nota: nosotros hemos estado realizando problemas en los cuales una energía cambia de forma de energía (por ejemplo, de potencial a cinética) sin perder calor, por lo que la energía resultante es la misma.

Tema 6

Calor

- El calor es la transferencia de energía que tiene lugar desde un cuerpo caliente (a mayor temperatura) a otro frío (a menor temperatura) al ponerlos en contacto. El calor se expresa con la letra "Q" y su unidad es el julio.
El calor específico,c (aunque nosotros lo expresamos como Ce para no causar confusión), de un cuerpo es la energía necesaria para elevar un grado (o un kelvin) la temperatura de 1 kg de masa de dicho cuerpo. Sus unidades son el J/KgºC o el J/kgK.
Fórmula -> Q = m x Ce x AT


Nota: al igual que en el tema anterior, en los problemas realizados la forma de energía dada (por ejemplo la cinética) se transforma en calor, siendo la energía resultante la misma que la inicial.


- Mezclas: en ocasiones no sabemos la temperatura de equilibrio que hay entre dos materiales mezclados. Muchos incrédulos harían la media entre las dos temperaturas, pero no es así.
Fórmula -> -m1 x Ce1 x (Te - T1) = m2 x Ce2 x (Te-T2)
Datos: -Es fundamental que la temperatura se de en K.
-Te = temperatura de equilibrio.
- Una de las dos masas tiene que ir en negativo para que el resultado sea correcto.

Mezclas

En el siguiente enlace podréis ver los procedimientos que se han de realizar para resolver un problema en el que hay cambios de estado:
https://docs.google.com/document/d/1RrjeOJcyGMoW6QyBlpfby1VkWciX2b5W8IMhcv5lBD4/edit

- Dilatación de los sólidos: -La dilatación lineal es el aumento de longitud que experimenta un cuerpo al ser calentado.
- La dilatación superficial es el aumento de superficie que experimenta un cuerpo por efecto del calor.
- La dilatación cúbica es el aumento de volumen que experimenta un sólido al elevar su temperatura.
Las fórmulas no vienen dadas porque aquí no se entenderían y además no tiene gran importancia en este año.

Curioso problema

La locura de nuestro profesor es contagiosa y se va extendiendo por toda la clase... Con el siguiente enlace podrás acceder a un original problema que incluye energía, calor y mezclas:
https://docs.google.com/document/d/12rq73CsTG0v8b6_tLqSj1cDxpQAqM5T0uqRJg9LlbPk/edit

Y todo por unas tías...

Experimento: comprimir una lata sin tocarla

Lo que sucede en la lata, es que el aire en sí es un gas que ocupa un lugar en el espacio; entonces al calentar el aire que está dentro de la lata obedece una de las leyes de los gases, específicamente la ley de Charles, la cual nos dice así:
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del gas:
- Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
- Si la temperatura disminuye, el volumen del gas disminuye.

Cuando aumentamos la temperatura del gas (aire), aumenta el volumen. Al voltear la lata en un recipiente con agua, lo que el agua hace es bajar la temperatura, y en consecuencia, baja el volumen del aire del interior de la lata. De este modo, queda un espacio vacío, desequilibrándose así la presión que se encuentra dentro de la lata con la presión atmosférica. La presión atmosférica gana, y como resultado, comprime la lata por la menor presión que se encuentra dentro de la misma.

En un principio, lo que nos sucedió a nosotros fue que la lata no estaba lo suficientemente caliente para que se comprimiera, debido a que al calentarla, nos quemábamos la mano.
Como solución al problema, cogimos la lata con un trapo para no quemarnos y obtuvimos buenos resultados.