Resumen: Energía, trabajo y transformaciones

📋 Esquema del Curso

1. Energía, trabajo y potencia
2. Trabajo de una fuerza
3. Potencia y unidades
4. Energía cinética y potencial
5. Energía mecánica y conservación
6. Manifestaciones de la energía
7. Transferencias y transformaciones
8. Rendimiento energético

📖 1. Energía, trabajo y potencia

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Energía : La capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en la materia.
• Trabajo : El producto del componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento por el desplazamiento que experimenta el cuerpo.
• Potencia : El trabajo realizado por unidad de tiempo.

💡 Truco mnemotécnico

Fuerza con desplazamiento → trabajo; trabajo por tiempo → potencia

📖 2. Trabajo de una fuerza

★ Imprescindible

📐 Fórmula — El trabajo realizado por una fuerza se calcula mediante $W = F \cdot s \cdot \cos\alpha$, donde α es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.

📌 Para α = 0°, el trabajo es máximo y positivo; para 0° < α < 90°, es trabajo motor y positivo; para α = 90°, es nulo; y para 90° < α < 180°, es trabajo resistente y negativo.

Complementos

• El joule es la unidad del trabajo en el Sistema Internacional y equivale al trabajo realizado por una fuerza de un newton durante un desplazamiento de un metro en la misma dirección.

💡 Truco mnemotécnico

Trabajo motor positivo frente a trabajo resistente negativo

📖 3. Potencia y unidades

★ Imprescindible

📐 Fórmula — La potencia se calcula mediante $P = \frac{W}{t}$ y, cuando la fuerza actúa en la misma dirección que el desplazamiento, mediante $P = F \cdot v$.

• El watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional y equivale a un joule realizado en un segundo.

Complementos

• Un kilowatt equivale a 1000 watts, un kilowatt-hora equivale a 3600000 joules y un caballo de vapor equivale aproximadamente a 736 watts.

📖 4. Energía cinética y potencial

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Energía cinética : La energía que poseen los cuerpos debido a su movimiento y se calcula mediante $E_c = \frac{1}{2}mv^2$.
• Energía potencial gravitatoria : La energía que posee un cuerpo por su posición respecto al centro de la Tierra y se calcula mediante $E_p = mgh$.

📝 Puntos esenciales

• También existen energía potencial elástica, asociada a muelles estirados o comprimidos, energía potencial eléctrica y energía potencial química o entalpía.

💡 Truco mnemotécnico

Movimiento: energía cinética; altura: energía potencial

📖 5. Energía mecánica y conservación

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Energía mecánica : La suma de las energías potencial y cinética de un cuerpo, según $E_m = E_p + E_c$.

★ Imprescindible

📌 Si sobre un cuerpo solo actúan fuerzas conservativas, su energía mecánica permanece constante: la energía potencial perdida se transforma en energía cinética ganada.

Complementos

📐 Fórmula — En una caída sin rozamiento, la velocidad alcanzada tras descender una altura h se calcula mediante $v = \sqrt{2gh}$.

💡 Truco mnemotécnico

Potencial → cinética, mientras la energía mecánica permanece constante

📖 6. Manifestaciones de la energía

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Energía interna : La suma de las energías que poseen las moléculas de un cuerpo debido a su movimiento y a su separación.
• Calor : La energía térmica transferida de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura.
• Energía nuclear : La energía nuclear es la energía que mantiene unidas las partículas del núcleo de los átomos y se libera en procesos de fisión o fusión con pérdida de masa.

★ Imprescindible

📌 La temperatura manifiesta el estado térmico de un cuerpo, mientras que la energía térmica total depende también de la cantidad de materia.

📐 Fórmula — La energía liberada por una pérdida de masa se calcula mediante la expresión de Einstein $E = mc^2$, donde c = 3·10⁸ m/s es la velocidad de la luz.

Complementos

• El calor se transfiere por conducción en sólidos, por convección en fluidos y por radiación mediante ondas electromagnéticas.

• La energía química procede de los enlaces entre los átomos de las moléculas, la energía eléctrica procede del movimiento de cargas y la energía sonora corresponde a vibraciones que se propagan por un medio.

📖 7. Transferencias y transformaciones

★ Imprescindible

📌 La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma o se transfiere entre cuerpos.

• En una central térmica convencional, la energía química del combustible se transforma sucesivamente en energía térmica, mecánica y eléctrica mediante una caldera, una turbina y un alternador.

Complementos

• Algunas transformaciones energéticas son: mecánica en eléctrica mediante generadores, química en eléctrica mediante pilas, eléctrica en mecánica mediante motores, radiante en térmica mediante captadores solares, sonora en eléctrica mediante micrófonos

• El rendimiento de una central térmica convencional suele situarse entre el 35 % y el 45 %, y su potencia media puede estar entre 400 y 800 MW.

💡 Truco mnemotécnico

Química → térmica → mecánica → eléctrica

📖 8. Rendimiento energético

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Rendimiento : La relación entre el trabajo o la energía útil entregada y el trabajo o la energía consumida, según $\eta = \frac{W_u}{W_c}$.

★ Imprescindible

📌 La energía consumida se reparte entre energía útil y energía perdida, de modo que $W_c = W_u + W_p$.

📐 Fórmula — El rendimiento porcentual se calcula mediante $\eta(\%) = \frac{W_u}{W_c}\cdot100$ y siempre es inferior al 100 % porque existen pérdidas.

Complementos

📐 Fórmula — Cuando se comparan potencias, el rendimiento se calcula mediante $\eta = \frac{P_u}{P_c} = 1 - \frac{P_p}{P_c}$.

💡 Truco mnemotécnico

Energía de entrada frente a energía útil y pérdidas

📊 Tablas de síntesis

Tipos de energía