Transcript TRABAJO Y CALOR

UNIDAD 6
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
FRANCISCO JAVIER GODILLO ORTIZ
COLEGIO Mª INMACULADA. ZAFRA. 4ºESO
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
RECUERDA:
La materia está formada por partículas en constante movimiento.
(Teoría cinético-molecular)

ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
RECUERDA:

La temperatura y la presión es una consecuencia de la energía
cinética de las partículas.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
RECUERDA:

Las máquinas funcionan mediante transformaciones de energía
entre sistemas.
UNIDAD 6
OBJETIVOS DIDÁCTICOS



Conocer el concepto de energía y las formas en que se
manifiesta en los sistemas materiales. Saber sus
unidades de medida y adquirir destreza en el cálculo de
sus equivalencias.
Conocer y comprender el principio de conservación de la
energía y su degradación. Determinar el rendimiento
energético de un proceso y los efectos beneficiosos y
perjudiciales derivados del uso de la energía.
Conocer y expresar de forma correcta el concepto de
energía mecánica y térmica e interpretar correctamente
las ecuaciones físicas de la energía cinética y potencial,
así como la cantidad de energía térmica almacenada por
un sistema material.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
CONCEPTO DE ENERGÍA
Es la capacidad que tienen los sistemas materiales para producir cambios.
 Es la capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.
 Es la capacidad para realizar un trabajo.

La causa de
los cambios
son las
interacciones
de la materia.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
TIPOS DE ENERGÍA
La mayoría de las formas de energía
son INTERCOMVERTIBLES.
La energía puede manifestarse de formas diversas.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
Todas las formas de energía pueden agruparse dentro de una de
estas dos clases o una combinación de ambas.
MECÁNICA: CINÉTICA
Se debe al movimiento
de los cuerpos.
+
POTENCIAL
Está relacionada con la
posición que ocupa un cuerpo
dentro de un campo gravitatorio
o electrostático.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
MECÁNICA: CINÉTICA
LA ENERGÍA CINÉTICA Y
LA POTENCIAL SON
INTERCONVERTIBLES.
EM = EC + EP
POTENCIAL
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
¿COMO SE MIDE LA ENERGÍA?
La forma de energía más conocida es el calor (Q).
CALORÍA
Cantidad de calor que se le ha de dar a 1g.
de agua para que su temperatura aumente
1ºC.
1 cal. = 4,18 J.
1 J. = 0,24 cal.
JULIO (S.I.)
Trabajo necesario para elevar a un metro de
altura un objeto de 102g. de masa.
P = 1N
KWh (Sistemas eléctricos)
1 KWh = 3600000 J.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
LOS SISTEMAS MATERIALES
LOS SISTEMAS MATERIALES O CUERPOS SON PEQUEÑAS
REGIONES DEL UNIVERSO QUE TOMAREMOS DE FORMA
AISLADA PARA SU ESTUDIO.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
TIPOS DE SISTEMAS MATERIALES
ABIERTOS
Intercambian con el exterior
MATERIA Y ENERGÍA.
CERRADOS
Intercambian con el exterior
solo ENERGÍA.
AISLADOS
No intercambian con el
exterior ni MATERIA ni
ENERGÍA.
EJERCICIO RESUELTO - 1
Indica que transformaciones de la energía tienen lugar cuando se
da cuerda a un coche de juguete y se deja correr.



La energía química de nuestros músculos se transforma en
potencial elástica del resorte del juguete.
Posteriormente, esta energía elástica se transforma en
cinética cuando el coche se mueve.
Una vez el coche se ha detenido, toda la energía se ha
transformado en calor, bien momentáneamente presente en
el coche, o bien se ha disipado al ambiente.
EJERCICIO RESUELTO - 2
Indica que transformaciones de la energía tienen lugar cuando
una bombilla se conecta a la red eléctrica. ¿Y cuando se conecta
un ventilador?

La energía eléctrica de la red se transforma en energía
luminosa de la bombilla + energía calorífica que se disipa al
ambiente.

La energía eléctrica de la red se transforma en energía
cinética de las aspas del ventilador + energía calorífica que
se disipa al ambiente.
EJERCICIO RESUELTO - 3
Argumenta si un coche parado en la carretera tiene energía
potencial.

En términos relativos, la tiene si está a cierta altura sobre el
nivel que hallamos tomado como referencia (EP =0)
ACTIVIDADES PARA CASA - 1
1) Di si los siguientes sistemas son abiertos, cerrados o aislados?
2)Un ser vivo, una olla hirviendo, el Universo, un refresco al
sacarlo del frigorífico y una nave espacial.
3) Un cuerpo situado en lo alto de una colina, presenta una energía
potencial de 500J. ¿Cuánto vale su energía mecánica? ¿Y su
energía cinética?
4) Si el cuerpo anterior lo echamos a rodar, ¿qué energía mecánica
presentará a mitad del recorrido? ¿Y qué valor tendrá la energía
cinética en ese punto intermedio? ¿y la potencial?
5) Un calefactor irradia 1,5 Kwh. Calcula en calorías y en julios la
energía suministrada en 5 horas.
6) ¿Cuánto costaría tener encendido el calefactor de la actividad
anterior, si la empresa de Sevillana electricidad S.A., nos cobra a
0,40€ el Kwh.?
ACTIVIDADES - 1
1)
Di si los siguientes sistemas son abiertos, cerrados o aislados?

Un ser vivo.

ABIERTO.

Una olla hirviendo.

ABIERTO.

El Universo.

AISLADO.

Un refresco al sacarlo
del frigorífico.

CERRADO.

Una nave espacial.

AISLADO.
ACTIVIDADES - 1
2)
Un cuerpo situado en lo alto de una colina, presenta una energía
potencial de 500J. ¿Cuánto vale su energía mecánica? ¿Y su
energía cinética?

3)
EM =500J.

EC =0J.
Si el cuerpo anterior lo echamos a rodar, ¿qué energía mecánica
presentará a mitad del recorrido? ¿Y qué valor tendrá la energía
cinética en ese punto intermedio? ¿y la potencial?

EM =500J.

EC =250J.

EP =250J.
ACTIVIDADES - 1
4)

Un calefactor irradia 1,5 Kwh. Calcula en calorías y en julios la
energía suministrada en 5 horas.
1,5 Kwh. X 5 h. = 7,5 Kw.
7,5 Kw. X 3600000 Kw./J = 2,7.107 J.
2,7.107 J. X 0,24 = 6,48 .106 Cal.
5)
¿Cuánto costaría tener encendido el calefactor de la actividad
anterior, si la empresa de Sevillana electricidad S.A., nos cobra a
0,40€ el Kwh?

7,5 Kw . 0,40€ = 3€
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA
ENERGÍA
LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE
TRANSFORMA, POR LO QUE LA ENERGÍA TOTAL DEL
UNIVERSO SE MANTIENE CONSTANTE.
La energía se conserva durante los cambios, pero tiende a
transformarse en formas de energía menos aprovechables
PROBLEMA ENERGÉTICO
La energía transferida como
calor no puede transformarse
íntegramente en otras
formas de energía.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
RENDIMINETO ENERGÉTICO
Es el cociente entre la energía útil y la energía suministrada, y
suele medirse en tantos por ciento.
R = EU /ES .100
Ej) Si un motor tiene un rendimiento del 60%, solo realiza
un trabajo de 60 J por cada 100 J.
Ninguna máquina tiene un rendimiento del 100%, ya que
siempre disipa energía calorífica, lo que se conoce como
energía residual.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
¿CÓMO INTERCAMBIAN ENERGÍA
LOS SISTEMAS MATERIALES?
DE 2 MODOS DIFERENTES:
EN FORMA MECÁNICA
EN FORMA TÉRMICA
TRABAJO (W)
CALOR (Q)
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
¿QUÉ ES EL TRABAJO (W)?
EL TRABAJO ES ENERGÍA EN TRÁNSITO
ENERGÍA EÓLICA
ENERGÍA ELÉCTRICA
Y CALORÍFICA
ENERGÍA ELÉCTRICA
ENERGÍA LUMINOSA
Y CALORÍFICA
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
¿QUÉ ES EL CALOR (Q)?
EL CALOR AL IGUAL QUE EL TRABAJO ES ENERGÍA EN TRÁNSITO
LOS SISTEMAS QUE ESTÁN
CALIENTES NO TIENEN CALOR
Y PUEDEN CEDERLA
DE UN SISTEMA A
OTRO EN FORMA DE
CALOR (Q)
LO QUE TIENE ES ENERGÍA
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
LAS ENERGÍAS MECÁNICAS
MECÁNICA: CINÉTICA
+
POTENCIAL
Se debe al movimiento de los cuerpos.
Energía Eléctrica
Energía Química
Energía Gravitatoria
Energía Elástica
Energía Nuclear
Energía Potencial
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
Es la que poseen los cuerpos debido a su
posición en un campo gravitatorio.
No olvidemos que los cuerpos
simplemente por tener masas se
atraen con una fuerza que
responde a la ecuación de
Newton:
Ep = m . g . h
UNIDAD 6
Ej) Calcula la Ep que
posee un cuerpo de 50kg
localizado a 15 m de
altura.
Ep = m (50Kg). g (9,8m/s2) . h (15m) = 7350 J.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA
Responde a la siguiente ecuación:
Ep = ½ k .
(DX)2
Ej) Calcula la Ep que posee
un muelle cuando se alarga
12cm. Y presenta una k =
0,25 N/m.
Siendo:
 k = constante elástica
DX = incremento de longitud del
muelle o del cuerpo elástico.
La EP es
proporcional a la
mitad de la constante
elástica del cuerpo y
al cuadrado de su
alargamiento.
Ep = ½ k (0,25/2 N/m)
(0,12 m)2 = 0,125 N/m .
0,0144m2 = 0,0018 J.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
ENERGÍA CINÉTICA
Se debe al movimiento
de los cuerpos.
Ec = ½ m . v2
Ej) Calcula la Ec que posee
un móvil de 500Kg de masa
y que se mueve a una
velocidad de 80Km/h.
La Ec es
proporcional a la
mitad de la masa del
cuerpo y al cuadrado
de su velocidad.
Ec = ½ m (500/2 Kg) (80000/3600
m/s)2 = 250Kg . 493,82m/s2 =
123456,8 J.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
MECÁNICA
MECÁNICA: CINÉTICA
EM = EC + EP
+
POTENCIAL
EN UN SISTEMA AISLADO
“LA ENERGÍA NI SE CREA
NI SE DESTRUYE SOLO
SE TRANSFORMA”.
Cuando un cuerpo cae libremente, toda su
energía potencial va pasando poco a poco a
energía cinética, lo que se manifiesta a modo
de incremento de la velocidad.
1 235,2 J . 2
4ab  a  b 
16 1,2 Kg .
ACTIVIDADES PARA CASA - 2
6)
7)
8)
9)
10)
Una piedra de 2,4 Kg. se encuentra en reposo a una altura
de 10m sobre el suelo, calcula: su energía potencial, cinética y
mecánica, así como la velocidad con la que llegaría al suelo.
Una televisión irradia 3,2 Kwh. Calcula en kilocalorías y en julios la
energía suministrada en 3 horas.
Calcula la energía potencial de un muelle que colgándole 100g se
alarga 2,5cm.
Calcula el rendimiento de un motor que realiza un trabajo
de 80J por cada 200J de energía que consume. ¿Qué
cantidad de la energía suministrada se disipa
caloríficamente? ¿Podría disipar un 0%?
Enumera 5 procesos de la vida diaria en los que se
producen pérdidas de energía por disipación calorífica.
1 235,2 J . 2
4ab  a  b 
16 1,2 Kg .
ACTIVIDADES - 2
6)
Una piedra de 2,4 Kg. se encuentra en reposo a una
altura de 10m. Sobre el suelo, calcula:
a)
Su energía potencial.
1 235,2 J . 2
4ab  a  b 
16 1,2 Kg .
a)
Su energía cinética.
a)
Su energía mecánica.
a)
La velocidad con la que
llegaría al suelo.
Ep = m . g . h = 2,4 Kg. . 9,8 m/s2 . 10
m. = 235,2 J
Ec = ½ m . V2 = 2,4/2 Kg. . 0 = 0 J
EM = EC + EP = 0 J + 235,2 J = 235,2 J
Cuando llegue al suelo toda la EP
se habrá convertido en EC.
V2 = 235,2 J/ 1,2 Kg.;
V = 14 m/s
Ec = ½ m . V2 ; 235,2 J = 2,4/2 Kg. . V2
ACTIVIDADES - 2
7)

Una televisión irradia 3,2 Kwh. Calcula en kilocalorías y
en julios la energía suministrada en 3 horas.
3,2 Kwh. X 3 h. = 9,6Kw.
9,6 Kw. X 3600000 Kw./J = 3,5.107
J.
3,5.107 J. X 0,24 = 8,4 .106 Cal.
8,4 .106 Cal. X 10-3 Kcal./Cal. = 8400Kcal.
ACTIVIDADES - 2
8)

Calcula la energía potencial de un muelle que
colgándole 100g se alarga 2,5cm.
Ley de Hooke: F = DX . k
k = F/ DX = (0,1Kg . 9,8N/Kg)/ 0,025m
K = 39,2N/m
E = ½ k . (DX) = 39,2N/m/2 . (0,025m)2
= 0,01225 J.
ACTIVIDADES - 2
Calcula el rendimiento de un motor que realiza un
trabajo de 80J por cada 200J de energía que consume.
¿Qué cantidad de la energía suministrada se disipa
caloríficamente? ¿Podría disipar un 0%?
9)



10)





R = EU /ES .100; R = 80J/200J .100 = 40%
Q = ES - EU = 120J
No, ninguna máquina tiene un rendimiento del 100%, es decir,
siempre se disipa algo de calor.
Enumera 5 procesos de la vida diaria en los que se
producen pérdidas de energía por disipación calorífica.
Encender una bombilla.
Calentar agua en la vitrocerámica.
Encender el motor del coche.
La combustión del gas doméstico para la calefacción.
Encender un ordenador o un proyector.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
TRABAJO
EL TRABAJO (W) ES LA ENERGÍA QUE SE TRANSFIERE DE
UNOS SISTEMAS A OTROS POR LA ACCIÓN DE UNA FUERZA
QUE SE DESPLAZA.
W = F . DX . Cos a
Por lo tanto el TRABAJO depende de
la intensidad de la fuerza y del
desplazamiento producido.
W = F . DX
Si el movimiento no es línea recta,
sino que se lleva a cabo con un
ángulo determinado entonces:
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR TRABAJO
W = F . DX
1 Julio es el trabajo realizado por una
Fuerza de un Newton cuando su punto
de aplicación se ve desplazado 1
metro en la misma dirección y sentido
que el desplazamiento.
uff, uff
.
W=F x
Trabajo realizado
por el hombre
1J = 1N . 1m
Distancia que
se desplaza
el objeto
Fuerza aplicada
W = F . DX . Cos a
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR TRABAJO
EL TRABAJO MODIFICA LA ENERGÍA MECÁNICA
W = DEM
MODIFICA LA ENERGÍA POTENCIAL
W = DEP
MODIFICA LA ENERGÍA CINÉTICA
W = DEC
Página 137 de libro de texto
W = F . Dh = m . g (hB – ha) =
(m . g . hB)- (m . g . hA)= EpB - EpA = DEp
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
POTENCIA
“ES LA RAPIDEZ EN EL TRABAJO”
POTENCIA ES EL TRABAJO TRANSFERIDO POR UNIDAD DE TIEMPO
1 vatio es entonces la potencia de una
máquina que transfiere el trabajo de un julio
por segundo.
P = W/T
Su unidad en el S. I. es el J/s = W (vatio)
Otra unidad de potencia muy utilizada es el
caballo de vapor (CV), que se usa a nivel
industrial y que equivale a 735W, o el ya
conocido Kwh que equivale a 3,6.106 J.
EJERCICIO RESUELTO - 3
¿Qué trabajo hemos de realizar para levantar una masa de 5 Kg.
a una altura de 12m.?
W = F . DX
W = (5 Kg. . 9.8 m/s2)
. 12m. = 588
J.
EJERCICIO RESUELTO - 4
¿Qué trabajo hemos de realizar para levantar una masa de 7 Kg. a
una altura de 10m. Utilizando una rampa de 30º de inclinación
con respecto a la horizontal?
W = F . DX . Cos a
W = (7 Kg. 9,8 m/s2) . 10m . Cos 30º
W = 68,6 . 10 . 0,866 = 594,1
J.
EJERCICIO RESUELTO - 5
¿Qué trabajo realiza Manuel al desplazar durante 10 m.
horizontalmente un objeto de 10 Kg. a una velocidad de 8 Km/h.?
¿Qué potencia en caballos de vapor y en Kwh. se desarrollará si el
trabajo se lleva a cabo en 10s? ¿Qué potencia obtendríamos si
Antonio realiza el trabajo en 2s? ¿Cuántas veces es más potente
Antonio que Manuel?
W = F . DX
PManuel = W/T
1 CV.= 735 W.
1 Kwh. = 3,6.106 J.
W = (10 Kg. . 9.8 m/s2) . 10 m. = 980 J.
P = 980 J./ 10s. = 98 W.
98w.1CV/735w = 0,13 CV.
980J.1Kwh/ 3,6.106J = 2,72 . 10-4 Kwh.
P = 980 J./ 2s. = 490 W.
PAntonio = W/T
PAntonio / PManuel = 490w/98w = 5 veces.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
CALOR
EL CALOR AL IGUAL QUE EL TRABAJO ES ENERGÍA EN TRÁNSITO
LOS SISTEMAS QUE ESTÁN
CALIENTES NO TIENEN CALOR
Y PUEDEN CEDERLA
DE UN SISTEMA A
OTRO EN FORMA DE
CALOR (Q)
LO QUE TIENE ES ENERGÍA
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
CALOR
Hay tres procedimientos de transferencia de energía mediante calor:
CONDUCCIÓN: propagación calorífica sin desplazamiento de
materia.

ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR
CALOR

Hay tres procedimientos de transferencia de energía mediante
calor:

CONVECCIÓN: propagación calorífica
mediante desplazamiento de materia.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
CALOR
Hay tres procedimientos de transferencia de energía mediante calor:

RADIACIÓN: propagación calorífica mediante ondas
electromagnéticas.
ENERGÍA, TRABAJO Y
CALOR
CALOR
MEDIDA DE LA TEMPERATURA
Escala
Celsius: se asigna el valor 0ºC a la temperatura de fusión
del agua y 100ºC a su temperatura de ebullición.
Escala
Fahrenheit: se le da el valor 32ºF al punto de fusión del
agua y 212ºF a su punto de ebullición. La relación con la escala
centígrada viene expresada por: T(ºC)/5 = T(ºF) – 32/9
Escala
absoluta o Kelvin: el cero de esta escala (cero absoluto),
es aquella temperatura en la que todas las partículas materiales
carecen de movimiento. La relación entre la escala centígrada y
la absoluta es: T(ºK) = T(ºC) + 273
EJERCICIO RESUELTO - 6

Expresa la temperatura de 36,5ºC en
ºF y ºK.
T(ºC)/5 = T(ºF) – 32/9
36,5/5 +32/9 = 10,86ºF
T(ºK) = T(ºC) + 273
36,5 + 273 = 309,5ºK
1 235,2 J . 2
4ab  a  b 
16 1,2 Kg .
ACTIVIDADES PARA CASA - 5



Actividad 25-27-31-32 página 142.
Actividades 35-37-39 página 143.
Actividades 21-22 página 158.