1b 06 trabajo y energia

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1 TRABAJO Y ENERGÍA Física y química 1º Bachillerato
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    28-Jul-2015
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1. TRABAJO Y ENERGATRABAJO Y ENERGAFsica y qumica 1 BachilleratoFsica y qumica 1 Bachillerato 1 2. EL TRABAJOEL TRABAJO Cuando una fuerzaconstanteF aplicada sobre un cuerpo, lo mueveY F desde el punto A a otro B, se denomina trabajoA Frealizado por la fuerza r Bsobre el cuerpo, al producto:rA W = | F | | r | cos rBOX Se define el trabajo W de dicha fuerza como el producto escalar de los vectores fuerza y desplazamiento: Segn sea el ngulo formado entre la fuerza aplicada y el vector desplazamiento: Si = 0 cos 0 = 1 el trabajo realizado es mximo Si 0 < 90 W > 0es el llamado trabajo motor Si = 90 cos 90 = 0 el trabajo realizado es nulo Si 90 < 180 W < 0es el llamado trabajoresistente2 3. FUna fuerza constante Fx acta en laFxdireccin del eje X sobre uncuerpo y lo desplaza en esamisma direccin: x = xf x0Al representar Fx en funcin de x,W = rea = Fx.xel rea comprendida ser Fx x,que coincide numricamente conel trabajo realizado por la fuerzaO xo x1 Xx Este resultado es vlido aunque la fuerza no sea constante POTENCIA POTENCIA WLa Potencia mide la rapidez con que se realiza un trabajo La Potencia mide la rapidez con que se realiza un trabajoP=se mide en J/s= vatios (w) t se mide en J/s= vatios (w)El caballo de vapor es una unidad de potencia, que aunque no pertenece al S.I. sigue siendo muy usada. El caballo de vapor es una unidad de potencia, que aunque no pertenece al S.I. sigue siendo muy usada.1CV ==735 w. 1CV 735 w. La potencia puede expresarse W F .r en funcin de la velocidadP= == F .v 3 t t 4. ENERGAENERGALa energa es una cualidad de los cuerpos que permite que se puedan producir cambios enellos mismos y en otrosFormas de presentarse la energa: Energa qumica: la energa de los alimentos y de la gasolina Energa elctrica: como la suministrada por la batera de un coche Energa de movimiento debida a la velocidad del mvil Energa de posicin debida a la altura sobre el suelo en la que se encuentra el mvil Energa luminosa como aquella que radia una bombilla Otras (como la calorfica, elica, trmica, atmica, ...) La energa se presenta en formas diversas y se puede transformar de una en otraLa energa se conserva en los cambios, aunque se degrada al pasar de formas ms tiles amenos tiles 4 5. Energa mecnicaEnergaEnergacinticapotencial5 6. ENERGA CINTICAENERGA CINTICA Es la energa que posee un cuerpo en virtud de su estado en movimiento Todo cuerpo en movimiento tiene capacidad de realizar un trabajo, el cual se ponede manifiesto cuando el objeto se detiene bruscamente (estrellndose porejemplo). Dicha energa se invierte en un trabajo de destrozo. Es directamente proporcional al producto de la masa del cuerpo por el cuadrado desu velocidad.1 m 2 Ec =v2La bala tiene muchaenerga cintica por El tren tiene muchasalir con velocidadenerga cintica pormuy elevadatener una gran masa 6 7. ENERGA POTENCIAL ENERGA POTENCIAL Es la energa que posee un cuerpo en virtud de suestado de reposo Esta energa es debida a la posicin que ocupan loscuerpos respecto al centro de la Tierra. Por eso se m2llama energa potencial gravitatoriah2 Ep = m g h h1 m1Si m1 = m2 y h2 > h1 Ep 2 > Ep 1 Hay otras clases de energa potencial, como por ejemplo: Un muelle estirado tiene energa almacenada, llamada energa potencialelstica, capaz de realizar un trabajo para recuperar su forma inicial Un combustible, posee energa potencial qumica capaz de liberar calor Un condensador cargado almacena energa potencial elctrica capaz deencender una lmpara7 8. TEOREMA DE LAS FUERZAS TEOREMA DE LAS FUERZAS VIVAS VIVASY El trabajo realizado por Fx v0 vf cuando el cuerpo FFexperimenta undesplazamiento x es: x0 x1W = Fx x cos 0 = Fx x x XFx = m ax W = m ax x2 vf v 021 m v2 1 m v0 Ec Ec2 W=m=f = f0 22vf v0 = 2 a x x2 22W = EcEl trabajo realizado por la fuerza resultante que acta sobre uncuerpo se emplea en variar la energa cintica del mismo8 9. TRABAJO Y ENERGA POTENCIALTRABAJO Y ENERGA POTENCIALGRAVITATORIAGRAVITATORIA Se quiere elevar a v = cte un objeto demasa m situado sobre una mesa dealtura y1 hasta una estantera de altura y 2xF v = cte m Debemos realizar una fuerza hacia arriba y2 igual al peso m g, desplazndolo una distancia y Py1 El trabajo realizado por la fuerza ser: Wf = F y = m g y = m g y2 m g y1Wf = Ep2 Ep1 = Ep Como v = cte, el trabajo total ser cero, luego el trabajo realizado por el peso del cuerpo ser: El trabajo realizado en elevar un cuerpo se emplea enWp = Wf = Ep aumentar su energa potencial gravitatoria.El trabajo realizado por el peso tiende a 9llevarlo alequilibrio y por tanto disminuye su energa potencial. 10. CONSERVACIN DE LA ENERGA CONSERVACIN DE LA ENERGA MECNICA MECNICA Un objeto de masa m cae al vaco desde unaV0 = 0maltura h . Calculamos la Ec y Ep en dos =0 puntos 1 y 2 del recorrido En el punto 1 v1 =2 g (h h1)Ec1 = m g (h h1)Punto 1 Ec 1 = 1 m v1 2hEp1 = m g h12 En el punto 2 h1Punto 2 v2 =2 g (h h 2) Ec2 = m g (h h2) Ec 2 = 1 m v2 2h2Ep2 = m g h22 Ec = Ec2 Ec1 = m g (h1 h2) Ep = Ep2 Ep1 = m g (h2 h1) Ec1 + Ep1 = Ec2 + Ep2 Si las nicas fuerzas que realizan trabajo sobre un cuerpo son conservativas (como el peso o la fuerza elstica), su energa10 mecnica se mantiene constante 11. ENERGA TRMICAENERGA TRMICA Agua fra Agua templadaAgua caliente Cuando dos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en contacto, al cabo de ciertotiempo se acaban igualando sus temperaturas. Se dice que se ha logrado elequilibrio trmico Se define temperatura como la propiedad comn a los cuerpos que se encuentran enequilibrio trmico La temperatura se mide con los termmetros El termmetro alcanza el equilibrio trmico con la muestra y nos indica latemperatura de la misma11 12. Escalas termomtricasEscalas termomtricas Escala Celsius (C) 100 C Establecido por Anders Celsius en 17410 C Utiliza dos temperaturas de referencia que se llaman puntos fijos Se divide el intervalo en 100 partesHielo fundenteAgua hirviendo siendo cada una de ellas 1 C (0 C)(100 C) Escala Fahrenheit (F) Utilizada en el mundo anglosajn y emplea los mismos puntos fijos que la escala centgrada pero los marca con los nmeros 32 (fusin) y 212 (ebullicin), dividiendo el intervalo en 180 partes, siendo cada una, un grado Fahrenheit (1 F) T ( C) T ( F) 32=100 180 Escala Kelvin (K)Propuesta por Lord Kelvin en 1854. Es la llamada escala de temperaturas absolutasSita el 0 K en la temperatura a la que las molculas de un cuerpo, no poseenenerga cintica (273,16 C) T (K) = T (C) + 273,16 12 13. EL CONCEPTO DEEL CONCEPTO DETEMPERATURATEMPERATURA T1 T2 > T 1 Las partculas del gas son muy pequeas comparadas con la distancia que las separa Las partculas estn en continuo movimiento, chocando entre s y contra las paredes Se mueven en todas direcciones, con velocidades distintas en mdulo El nmero de partculas cuya velocidad tiene el mismo mdulo, presenta un mximo para cada temperatura, el cual crece con la temperatura del gas La teora cintica explica la presin del gas como consecuencia de los choques, as como la temperatura, que es directamente proporcional a la energa cintica media de translacin por partcula Ec = 3 k T / k es la cte de Boltzmann cuyo valor es2 k = 1,38 1023 J/molcula13 14. TEMPERATURA : Es la manifestacin externa del estado de movimiento de las partculas de un cuerpo. Nos informa sobre la energa interna de dicho cuerpo. QT1 T2 El sistema se encuentra El sistema recibe unaLa temperatura final del a temperatura T1 cantidad de calor Qsistema es T2 > T1 Cantidad de calor es la energa que intercambian dos sistemas a distinta temperatura hasta alcanzar el equilibrio trmico La cantidad de calor Q aportada al sistema es Q = C (T2 T1) La constante de proporcionalidad es la capacidad calorfica del cuerpo (J/grado) El calor especfico de la sustancia es la capacidad calorfica por unidad de masa:ce = C Se mide en J/kg . K, o bien J/kg . C m En consecuencia diremos que: Q = m ce (T2 T1) 14 15. EL CALOR PRODUCE CAMBIOS DEEL CALOR PRODUCE CAMBIOS DEESTADOESTADOSublimacinFusinVaporizacin Lf LvSLIDOLQUIDOGASSolidificacin Licuefaccin o condensacinSublimacinCambios progresivos () Cambios regresivos ()( absorben Q )( desprenden Q ) Calor latente de cambio de estado L es la cantidad de calor que necesita una unidad de masa de una sustancia para cambiar de estado Q = m L15