2. Universidad Nacional Autónoma de México
Escuela Nacional Preparatoria No 1
“Gabino Barreda”
Materia: Física
Tema: Conservación de la energía e introducción a
termodinámica
Profesor: Ayala Ortiz José Luis
3. Los temas a tratar, los experimentamos todos los
días, y son de vital importancia para el hombre, pues
permite tener un estudio de la vida para obtener
grandes beneficios y continuar con nuestra
existencia en el planeta, con una mejor comodidad.
4. 1. Trabajo
1.1 Trabajo de la fuerza resultante
1.2 Potencia
2. Energía
2.1 Energía como cantidad escalar
2.2 Qué es energía cinética
2.3 Energía potencial
2.3.1 Energía potencial gravitacional
2.3.2 Energía potencial elástica
2.4 Fuerza conservativa y disipativa
2.5 Conservación de la energía mecánica
2.6 Principio general de la conservación de la energía
3. Introducción a termodinámica
3.1 Teoría del calórico
3.2 Calor es energía
3.3 Unidades del calor
3.4Transmisión del calor
3.4.1 Conducción
3.4.2 Convección
3.4.3 Radiación
4. Conclusión
5. 1. Trabajo
Cuando a un objeto se le
aplica una fuerza y sufre
un desplazamiento, se
realiza un trabajo en
términos de la física, en esa
aplicación de la fuerza y el
desplazamiento existe un
ángulo llamado Theta
T=( F )(d) cos Ɵ
6. 1.1
Supóngase que una roca interrumpe en nuestro camino y
varias personas logran quitarla, para saber el trabajo
total que usaron se suman el trabajo de cada una de
las fuerzas empleadas
T= T1 + T2 + T3 + …
7. Potencia es la rapidez con la que se
realiza algún trabajo, y la cual no es
necesaria conocer para calcular un
trabajo, pero si para medir el tiempo en
el que se ejecuta
trabajo realizado por la fuerza (∆ T)
P = ______________________________
tiempo gastado por su realización (∆t)
8. 2. Energía
Todos los días la mayoría de nosotros
desayunamos con la finalidad de vivir
y estudiar, o en otros casos a sólo
desplazar el bolígrafo , y con el hecho
de realizar esa acción se hace un
trabajo, y para hacerlo necesitamos los
nutrientes de los alimentos ingeridos.
Concluimos que la energía es la
capacidad para realizar un trabajo
9. Como la energía se puede relacionar con el trabajo,
también es una cantidad escalar. En consecuencia la
energía se mide con las mismas unidades que el trabajo, es
decir, la unidad de la energía es el joule (J)
James P. Joule
10. 2.2 Qué es
Como vemos, cualquier
cuerpo en movimiento
tiene la capacidad de hacer
un trabajo, y por ende,
energía, a la que
llamaremos cinética, la
En una maratón, se aproxima
cual se relaciona con la
la recta final, y el corredor
masa y la velocidad del
aplica una velocidad grande
cuerpo
para ganar, sin embargo, es tal
la velocidad que se estrella
contra el corredor próximo, Ec = (1/2)mv2
tirándolo y generando en él
un trabajo muy rojo.
11. En el mundo, los cuerpos tienen energía almacenada
en virtud a la posición que ocupan sus
componentes, y a esa energía se le llama potencial y
existen dos tipos:
• Se relaciona con la atracción
Gravitacional gravitacional que la tierra ejerce
sobre el cuerpo
• Se relaciona con las
Elástica propiedades elásticas de un
resorte
12. 2.3.1 Energía potencial
gravitacional
En una montaña, una gran
roca está justo por ser Ep= mgh
volcada hacia donde están
Catalino y Anastasio, ¡oh
no!, si nadie les avisa,
seguro que serán historia.
Vemos que la roca, si es
volcada, caerá y hará un
trabajo sobre nuestros
compañeros y la
magnitud, dependerá de
la altura , la masa de la
roca y la gravedad
13. 2.3.2 Energía potencial elástica
Cuando una persona salta en un trampolín, los resortes se
deforman, generando una fuerza de resistencia la cual es
directamente proporcional a su deformación. Esto se conoce
como ley de Hook, y se puede calcular por: F = RX
Donde R es una constante de proporcionalidad, distinta para
cada resorte, que se denomina constante elástica.
¡Auch!, la persona se calló, y fue a
causa del trabajo que los resortes
al ser deformados realizaron Ep=
sobre ella, por lo tanto tienen
energía llamada potencial (1/2)RX2
elástica
14. En este caso, cuando un cuerpo cae y se
desplaza de un punto A hasta uno B, su
peso genera un trabajo ( Ep) que no
depende de la ruta a seguir, siempre
cuando llegue al mismo punto , a este
tipo de fuerza se le denomina conservativa.
T = Ep - Ep
AB A B
Si la bola cae en la casa de Juanito,
ésta se convierte en una fuerza que
detendrá al cuerpo, y a esta fuerza
que dependerá de su posición o ruta
se denomina disipativa.
15. 2.5
Existe la energía mecánica,
que es la sencilla suma de
las energías cinética y
potencial de un cuerpo en
un sistema de referencia
dado, como el de la imagen.
Así tenemos que, sólo si
La energía mecánica de un actúan fuerzas conservativas
cuerpo depende tanto de su en un cuerpo en
posición, pues la energía movimiento, su energía
potencial depende de ella, mecánica se conserva.
como de su velocidad, de la
que depende la energía Ep
Energía
cinética. mecánica
Ec
16. 2.6
¿Qué pasaría si en la energía La energía se puede transformar de
mecánica actuara una fuerza una clase a otra, pero no puede ser
disipativa? creada ni destruida
Retomando el ejemplo anterior,
si en el trayecto se aplica una Energía mecánica
fuerza de fricción cinética, Por medio de una
comprobaremos que su energía planta hidroeléctrica
mecánica es menor al final. Pero
en este caso, se observaría el
calentamiento del cuerpo, lo
cual no sucedía cuando sólo
actuaban fuerzas conservativas. Energía eléctrica
Por lo tanto la energía mecánica En un calefactor o radiador
que desaparece se transforma
en calor, y el calor se conoce
como un tipo de energía
Calor
17. Termodinámica, campo de la física que describe y
relaciona las propiedades físicas de la materia de los
sistemas macroscópicos, así como sus intercambios
energéticos. Los principios de la termodinámica tienen
una importancia fundamental para todas las ramas de
la ciencia y la ingeniería.
18. A principios del siglo pasado, los científicos explicaban el
equilibrio térmico de la siguiente forma: Todos los cuerpos
tienen en su interior una sustancia fluida, invisible y de masa
nula, llamada calórico, y cuanto mayor fuese su
temperatura, más calórico. Si sucedía el contacto con un
cuerpo de menor temperatura que otro, el segundo transmite
su calor por medio del calórico hasta que los dos tengan una
temperatura igual, y es cuando se deja de transmitir calórico y
estarían en equilibrio.
Sin embargo, muchos físicos quedaban insatisfechos en
relación con ciertos aspectos fundamentales con el concepto
del calórico.
19. 3.2
La idea de que el calor es energía
fue presentada por Benjamín
Thompson. Al observar el
calentamiento de las piedras de
acero que eran perforadas, lo Benjamín Thompson
que consideró que la energía
empleada en el trabajo se Otros científicos confirmaron las
transmitía a las demás partes, suposiciones de Thompson,
por ende tenían mayor cantidad entre ellos se encuentra James P.
Joule. Actualmente se considera
de energía en su interior. El cuando crece la temperatura de
concepto de calórico estaba un cuerpo, la energía que posee
cambiando por esta idea. en su interior, denominada
energía interna, también
aumenta.
20. 3.3
Ya vimos que el calor es
una forma de energía, y
es obvio que se deba
medir en Joules.
Pero en la práctica actual
se emplea la caloría, que
es la cantidad de calor
que debe transmitirse a
1g de agua para que su
temperatura se eleve 1°C
21. Existen tres tipos de formas para transmitir el calor:
Conducción Convección Radiación
22. Si alguien sostiene uno de los extremos de una barra de metal,
mientras el otro extremo es calentado por una flama, al pasar el
tiempo toda la barra se calienta, y es porque los átomos de la
barra sufren una agitación por el calor y a su vez la transmiten a
los demás hasta mantener el equilibrio térmico, a lo que se
denomina conducción térmica.
La rapidez de la conducción dependerá
de la constitución atómica de la
sustancia, teniendo resultado
• Conductores térmicos : Metales
• Aislantes térmicos: Porcelana, aire,
etc.
23. En esta
imagen, supondremos
que es un fluido, y
mientras está más cerca
de la flama, se calienta
por . El proceso continua , con una
conducción, entonces el circulación continua de masas de
volumen de esta capa agua más caliente hacia arriba, y
aumenta, haciendo que de masa de agua más fría hacia
abajo, movimiento que se
se desplace hacia la parte denomina corrientes de
superior del recipiente convección, el cual es el
para ser reemplazada por responsable de la mayor parte
del calor que se transmite
agua más fría y más atreves de los fluidos
densa.
24. Un claro ejemplo lo
tenemos entre el sol y los
planetas, el primero es
nuestro centro de calor,
el cual lo transmite
atreves del vacío, y a
esa fenómeno se conoce
como radiación térmica Otro ejemplo lo tenemos en
una fogata al
calentarnos, pues entre ella y
nosotros existe el vacío
25. Radiación
De manera general, el calor
que recibe una persona
cuando está cerca de un
cuerpo caliente, llega hasta
ella por los tres procesos:
conducción, convección y
radiación. Cuanto mayor
sea la temperatura del
cuerpo caliente, tanto
será mayor la cantidad
de calor transmitida por
radiación.
26. 4.
Todos los días realizamos trabaj0 debido a la energía
interna, y nos percatamos que aquella energía que
empleamos en cierta actividad ,al usar energía
mecánica, nunca se termina por el principio de
conservación de la misma, por lo que es aprovechada para
actividades que pueden beneficiarnos o perjudicarnos.
Un tipo de energía es el calor, el cual es de vital
importancia para cada actividad en el planeta, por lo que su
estudio nos brinda la oportunidad de utilizar sus
propiedades en beneficio de todos.
27. Con esto concluyo
el tema, y doy paso
a la siguiente
presentación.
Gracias por su atención después de tantos conceptos que serán útiles
para su desarrollo como estudiantes. Recuerden que cada cosa con
voluntad y pasión que realicen hoy, dará grandes resultados después.
Saludos, Shalom.
