Conservacion De La Energia

Conservación de la energía

Helmholtz, en 1827, asignó la misma naturaleza a la energía mecánica y a la energía calorífica, afirmando que:

La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Esto es simplemente el enunciado del principio de conservación de la energía.

La cantidad de energía del Universo permanece constante.

La cantidad de energía del Universo es constante, pero va degradándose en forma de calor. Es decir, en todas las transformaciones, una parte de la energía que interviene se transforma en calor.

En todos los procesos espontáneos, la energía se degrada: un cuerpo cae espontáneamente pero no vuelve a subir; un recipiente con agua caliente se enfría, pero no puede calentarse tomando calor del ambiente...

Equivalente mecánico del calor

Experiencia de Joule

Las dos pesas caen a la vez, moviendo las aspas que baten el agua.

Joule, en 1845, demostró experimentalmente que la energía mecánica en un proceso es equivalente a la cantidad de calor producido. Para ello realizó la experiencia mostrada en el dibujo de abajo. Al caer las dos pesas, hacían girar unas aspas unidas al eje, removiendo el agua contenida en el recipiente (calorímetro).

Al caer los cuerpos de masa m desde una altura h, el trabajo realizado es: W = 2 m • g • h.

El eje se pone en movimiento y las aspas mueven el agua. La cantidad de calor producida se puede calcular midiendo el aumento de temperatura del agua, y sería:

Q= m • ce • (T2 - T1)

Con esta experiencia, Joule demostró que siempre que se realizaba una misma cantidad de trabajo, se obtenía la misma cantidad de calor: W = Q.

La relación entre la cantidad de calor producido y el trabajo realizado es una constante llamada equivalente mecánico del calor.

Si expresamos el calor en calorías y el trabajo en julios:

1 cal = 4,18 J

y la relación inversa es:

1 J = 0,24 cal

Máquinas Térmicas

Las máquinas térmicas son dispositivos que pueden producir trabajo mecánico a partir de calor. El rendimiento de una máquina térmica es:

Rendimiento = Energía producida Energía consumida • 100 = W Q 1 • 100 = Q 1 - Q 2 Q 1 • 100

La energía mecánica se transforma íntegramente en calor, pero no se puede producir trabajo tomando calor de un solo foco. Son necesarios dos focos (caliente y frío) para que la diferencia de calor entre los dos focos sea el trabajo útil.

El rendimiento de una máquina térmica siempre es menor del 100%.

Los motores de explosión de los automóviles tienen un rendimiento en torno al 50 %. La mitad de la energía consumida se disipa en forma de calor. En realidad, una máquina térmica transforma energía térmica en otras formas de energía.

La máquina de vapor

La utilización del vapor fue posible gracias al invento de la máquina de vapor, perfeccionada por Watt en 1769. Este invento, uno de los más revolucionarios...

La primera máquina térmica eficiente fue la máquina de vapor, desarrollada en el siglo XVIII para bombear agua de las minas en Inglaterra.

Es una máquina de combustión externa; esto quiere decir que la combustión se produce fuera del lugar donde se realiza el trabajo.

El resultado obtenido es el movimiento de algún elemento (una rueda, generalmente). Es decir, a partir del calor generado en la caldera se obtiene energía cinética que luego se transforma en otras formas de energía, trabajo, etc.

Las centrales térmicas utilizan como combustible fuel-oil o gas (centrales térmicas convencionales) o uranio (centrales nucleares). En ellas, el vapor producido en la caldera mueve una turbina que hace girar el generador.

Las máquinas frigoríficas

Otro tipo de máquinas térmicas son las máquinas frigoríficas.

Una máquina frigorífica tiene como fin absorber energía en forma de calor de una región a baja temperatura mediante la realización de un trabajo. Mención especial merece la obtención de temperaturas muy bajas, proceso que recibe el nombre de criogeneración.

Las máquinas frigoríficas operan de manera cíclica mediante un fluido de trabajo llamado fluido refrigerante, que extrae calor de la región a refrigerar, cediéndolo a otra región, que generalmente es el medio ambiente. Para ello es necesario la realización de un trabajo. Dependiendo del tipo de energía consumida, las máquinas térmicas se clasifican en máquinas de compresión (consumen energía mecánica) y máquinas de absorción (energía calorífica).

Hasta la década de los ochenta se utilizaba freón como fluido refrigerante, pero se ha demostrado

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