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TRABAJO Y ENERGÍATRABAJO Y ENERGÍA

Física y química 1º BachilleratoFísica y química 1º Bachillerato

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EL TRABAJOEL TRABAJO

A

B

rB

rA

F

F

r

X

Y

O

Cuando una fuerza constante aplicada sobre un cuerpo, lo mueve desde el punto A a otro B, se denomina trabajo realizado por la fuerza sobre el cuerpo, al producto:

F

cosrFW

Según sea el ángulo formado entre la fuerza aplicada y el vector desplazamiento:

Si = 0º cos 0º = 1 el trabajo realizado es máximo

Si 0º 90º W 0 es el llamado trabajo motor

Si = 90º cos 90º = 0 el trabajo realizado es nulo

Si 90º 180º W 0 es el llamado trabajo resistente

Se define el trabajo W de dicha fuerza como el producto escalar de los vectores fuerza y desplazamiento:

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X

F

O

Fx

W Área =

Fx.x

Una fuerza constante Fx actúa en la dirección del eje X sobre un cuerpo y lo desplaza en esa misma dirección: x = xf x0

Al representar Fx en función de x, el área comprendida será Fx x, que coincide numéricamente con el trabajo realizado por la fuerza

Este resultado es válido aunque la fuerza no sea constante

xxo x1

POTENCIAPOTENCIA

La Potencia mide la rapidez con que se realiza un trabajo 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. 1CV = 735 w.

La Potencia mide la rapidez con que se realiza un trabajo 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. 1CV = 735 w.

t

WP

t

WP

La potencia puede expresarse en función de la velocidad vF

t

rF

t

WP

.

.

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ENERGÍAENERGÍA

La energía es una cualidad de los cuerpos que permite que se puedan producir cambios en ellos mismos y en otros

Formas de presentarse la energía:

La energía se presenta en formas diversas y se puede transformar de una en otra

La energía se conserva en los cambios, aunque se degrada al pasar de formas más útiles a menos útiles

Energía química: la energía de los alimentos y de la gasolina Energía eléctrica: como la suministrada por la batería de un coche

Energía de movimiento debida a la velocidad del móvil

Energía de posición debida a la altura sobre el suelo en la que se encuentra el móvil

Energía luminosa como aquella que radia una bombilla

Otras (como la calorífica, eólica, térmica, atómica, ...)

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Energía cinética

Energía potencial

Energía mecánica

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ENERGÍA CINÉTICAENERGÍA CINÉTICA

vm21E 2

c

La bala tiene mucha energía cinética por salir con velocidad muy elevada

El tren tiene mucha energía cinética por tener una gran masa

Es la energía que posee un cuerpo en virtud de su estado en movimiento

Es directamente proporcional al producto de la masa del cuerpo por el cuadrado de su velocidad.

Todo cuerpo en movimiento tiene capacidad de realizar un trabajo, el cual se pone de manifiesto cuando el objeto se detiene bruscamente (estrellándose por ejemplo). Dicha energía se invierte en un trabajo de destrozo.

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ENERGÍA POTENCIALENERGÍA POTENCIAL

Un muelle estirado tiene energía almacenada, llamada energía potencial elástica, capaz de realizar un trabajo para recuperar su forma inicial

Ep = m g h

h1m1

h2

m2

Si m1 = m2 y h2 h1 EpEp 12

Un combustible, posee energía potencial química capaz de liberar calor

Un condensador cargado almacena energía potencial eléctrica capaz de encender una lámpara

Es la energía que posee un cuerpo en virtud de su estado de reposo

Esta energía es debida a la posición que ocupan los cuerpos respecto al centro de la Tierra. Por eso se llama energía potencial gravitatoria

Hay otras clases de energía potencial, como por ejemplo:

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TEOREMA DE LAS FUERZAS VIVASTEOREMA DE LAS FUERZAS VIVAS

x0 x1x

v0

F

Fvf

Y

XW = Fx x cos 0 = Fx x

Fx = m ax W = m ax x xa2vv x

22f 0

W = Ec

EcEcvm21vm

21

2vv

mW 000f

22f

22f

El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo se emplea en variar la energía cinética del mismo

El trabajo realizado por Fx cuando el cuerpo experimenta un desplazamiento x es:

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TRABAJO Y ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIATRABAJO Y ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA

y1

y2

x

F

P

v = cte m

Se quiere elevar a v = cte un objeto de masa m situado sobre una mesa de altura y1 hasta una estantería de altura y2

Debemos realizar una fuerza hacia arriba igual al peso m g, desplazándolo una distancia y

El trabajo realizado por la fuerza será:

Wf = F y = m g y = m g y2 m g y1

Wf = Ep2 Ep1 = Ep

Como v = cte, el trabajo total será cero, luego el trabajo realizado por el peso del cuerpo será:

Wp = Wf = Ep El trabajo realizado en elevar un cuerpo se emplea en

aumentar su energía potencial gravitatoria.

El trabajo realizado por el peso tiende a llevarlo al equilibrio y por tanto disminuye su energía potencial.

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CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICACONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA

Punto 1

Punto 2

h

h1

h2

m Un objeto de masa m cae al vacío desde una

altura h . Calculamos la Ec y Ep en dos puntos 1 y 2 del recorrido

En el punto 1

)hh(g2v11

vm21Ec

2

11 Ec1 = m g (h h1)

Ep1 = m g h1

En el punto 2

)hh(g2v 22

vm21Ec

2

22 Ec2 = m g (h h2)

Ep2 = m g h2

Ec = Ec2 Ec1 = m g (h1 h2)Ep = Ep2 Ep1 = m g (h2 h1)

Ec1 + Ep1 = Ec2 + Ep2

Si las únicas fuerzas que realizan trabajo sobre un cuerpo son conservativas (como el peso o la fuerza elástica), su energía mecánica se mantiene constante

= 0V0 = 0

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ENERGÍA TÉRMICAENERGÍA TÉRMICA

Cuando dos cuerpos a distinta temperatura, se ponen en contacto, al cabo de cierto tiempo se acaban igualando sus temperaturas. Se dice que se ha logrado el equilibrio térmico

Se define temperatura como la propiedad común a los cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico

La temperatura se mide con los termómetros

El termómetro alcanza el equilibrio térmico con la muestra y nos indica la temperatura de la misma

Agua fría Agua templada Agua caliente

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Escalas termométricasEscalas termométricas

Escala Celsius (ºC)

Hielo fundente (0 ºC)

0 ºC

100 ºC

Agua hirviendo (100 ºC)

Establecido por Anders Celsius en 1741

Utiliza dos temperaturas de referencia que se llaman puntos fijos

Se divide el intervalo en 100 partes siendo cada una de ellas 1 ºC

Escala Fahrenheit (ºF)

Utilizada en el mundo anglosajón y emplea los mismos puntos fijos que la escala centígrada pero los marca con los números 32 (fusión) y 212 (ebullición), dividiendo el intervalo en 180 partes, siendo cada una, un grado Fahrenheit (1 ºF)

18032)F(ºT

100)C(ºT

Escala Kelvin (ºK)Propuesta por Lord Kelvin en 1854. Es la llamada escala de temperaturas absolutasSitúa el 0 ºK en la temperatura a la que las moléculas de un cuerpo, no poseen

energía cinética (273,16 ºC)

T (ºK) = T (ºC) + 273,16

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EL CONCEPTO DE TEMPERATURAEL CONCEPTO DE TEMPERATURA

T1 T2 > T1

Las partículas del gas son muy pequeñas comparadas con la distancia que las separa

Las partículas están en continuo movimiento, chocando entre sí y contra las paredes

Se mueven en todas direcciones, con velocidades distintas en módulo

El número de partículas cuya velocidad tiene el mismo módulo, presenta un máximo para cada temperatura, el cual crece con la temperatura del gas

La teoría cinética explica la presión del gas como consecuencia de los choques, así como la temperatura, que es directamente proporcional a la energía cinética media de translación por partícula / k es la cte de Boltzmann cuyo valor esTk

23Ec

k = 1,38 1023 J/molécula

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El sistema recibe una cantidad de calor Q

QT1

El sistema se encuentra a temperatura T1

La temperatura final del sistema es T2 > T1

T2

Cantidad de calor es la energía que intercambian dos sistemas a distinta temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico

Q = C (T2 T1)La cantidad de calor Q aportada al sistema es

La constante de proporcionalidad es la capacidad calorífica del cuerpo (J/grado)

El calor específico de la sustancia es la capacidad calorífica por unidad de masa:

mCce Se mide en J/kg . K, o bien J/kg . ºC

En consecuencia diremos que: Q = m ce (T2 T1)

TEMPERATURA : Es la manifestación externa del estado de movimiento de las partículas de un cuerpo. Nos informa sobre la energía interna de dicho cuerpo.

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EL CALOR PRODUCE CAMBIOS DE ESTADOEL CALOR PRODUCE CAMBIOS DE ESTADO

SÓLIDO LÍQUIDO GAS

Sublimación

Sublimación

Licuefacción o condensaciónSolidificación

Cambios progresivos ()( absorben Q )

Cambios regresivos ()( desprenden Q )

FusiónLf

VaporizaciónLv

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 L